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Análisis ambiental de la producción de cobre

TESINA DE MÀSTER presenta para obtener el título de Máster Universitario en Ingeniería Geológica y de Minas por la Universidad Politécnica de Catalunya

Tesina de Especialidad Autor: Yifei Zhang Director de Tesina: Alejandro Josa Garcia-Tornel

Alfonso Rodríguez Dono

Programa de Máster: ENGINYERIA GEOLÒGICA I DE MINES

Vol 1 de 1 Barcelona, Mayo de 2015

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RESUMEN

En los últimos veinte años, la industria europea del cobre ha seguido invirtiendo en

mejoras tecnológicas que han reducido los impactos ambientales de sus operaciones y su

consumo de energía, mientras que al mismo tiempo ha incrementado su capacidad para

reciclar más materiales secundarios y chatarra. Además, la mayoría de los concentrados

de sulfuros de cobre se tratan actualmente en los complejos de fundición y refinería. Se

ha intentado desarrollar un proceso hidrometalúrgico para reemplazar la fundición de

cobre en el pasado, pero con muy poco éxito. Análisis de Ciclo de Vida es un método

integrado "de la cuna a la tumba" para evaluar comportamiento medioambiental de los

productos o servicios. Este estudio está dedicado a los antecedentes históricos y

geológicos, las fuentes y la producción de cobre, los usos del cobre, el consumo y la

acumulación. Luego obtiene las metodologías que se usan en el estudio y los supuestos y

alcance del estudio. Finalmente se hace las comparación de las fuentes de electricidad y

de los procesos metalúrgicos, y le análisis de sensibilidad de la lay de cobre a impacto

ambiental.

- II -

ABSTRACT

Over the past twenty years, the European copper industry has continued to invest in

technology improvements that have reduced environmental impacts of its operations and

lowers its energy consumption, while at the same time increasing its ability to recycle a

broader range of secondary raw materials and scrap. Furthermore, the majority of copper

sulphide concentrates produced worldwide are currently treated at smelter/refinery

complexes. There have been many attempts to develop a hydrometallurgical process to

replace copper smelting in the past, but with very little success. Life Cycle Analysis is an

integrated “cradle to grave” approach to assess the environmental performance of

products or services. This study is devoted to the historical and geological data, sources

and production of copper, the use of copper, etc. Next we descript the methodologies used

in this study and its assumptions and scope. Finally we have made the comparison of

sources of electricity and metallurgical processes, and sensitivity analysis.

- III -

Índice

RESUMEN ........................................................................................................................ I

ABSTRACT ..................................................................................................................... II

1 Introducción ................................................................................................................... 1

2 Estado de arte................................................................................................................. 3

2.1 Visión global de cobre ............................................................................................ 3

2.1.1 El cobre en la Antigüedad ............................................................................... 4

2.1.2 Edad Media y Edad Moderna .......................................................................... 5

2.1.3 Edad Contemporánea ....................................................................................... 6

2.2 Producción y comercio ........................................................................................... 7

2.2.1 Producción minera ........................................................................................... 8

2.2.2 Reservas ......................................................................................................... 10

2.2.3 Comercio y consumo ..................................................................................... 12

2.2.4 Utilización ..................................................................................................... 15

2.2.5 Reciclaje ........................................................................................................ 19

2.3 Ciclo de vida de cobre ......................................................................................... 21

2.3.1 Exploración ................................................................................................... 21

2.3.2 Extracción y procesamiento.......................................................................... 22

2.3.3 Fundición y Refino ....................................................................................... 26

2.4 Minería sostenible del cobre ................................................................................ 36

3 Metodología ................................................................................................................. 39

3.1 Análisis de ciclo de vida ....................................................................................... 39

3.2 Introducción a SimaPro ........................................................................................ 41

3.3 Metodología .......................................................................................................... 42

3.4 Alcance del estudio ............................................................................................... 44

3.5 Supuestos e inventario .......................................................................................... 46

4 Resultados y discusiones ............................................................................................. 51

4.1 Resultado de ReCiPe ............................................................................................ 51

4.2 Resultado de CED ................................................................................................ 53

4.3 Comparación de las fuentes de electricidad ......................................................... 55

- IV -

4.4 Comparación de los procesos metalúrgicos.......................................................... 57

4.5 Sensibilidad de la ley de cobre a impacto ambiental ............................................ 59

5 Conclusiones ................................................................................................................ 63

Agradecimientos ............................................................................................................. 64

Referencias ..................................................................................................................... 65

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1 Introducción

En los últimos veinte años, la industria europea del cobre ha seguido invirtiendo en

mejoras tecnológicas que han reducido los impactos ambientales de sus operaciones y su

consumo de energía, mientras que al mismo tiempo ha incrementado su capacidad para

reciclar más materiales secundarios y chatarra.

El ciclo de vida de la mayoría de productos de cobre tiene un plazo largo del uso. Luego

en su fin de la vida, se podrían reciclar teóricamente en un 100%, sin mucha pérdida en

el rendimiento. Por lo tanto la industria del cobre está apoyando plenamente los objetivos

de desarrollo sostenible.

Debido a la evolución de las políticas de la UE, tales como la Política Integrada de

Producto (IPP, Integrated Product Policy) y las directivas del fin de la vida (vehículos y

residuos electrónicos), hay una creciente necesidad de datos del ciclo de vida que tengan

alta calidad, sobre todo en alto tonelaje.

Además, la mayoría de los concentrados de sulfuros de cobre se tratan actualmente en los

complejos de fundición y refinería. Aunque el proceso de fundición está bien desarrollada,

tiene unas desventajas tales como el alto coste de nuevas instalaciones y las

preocupaciones ambientales con las emisiones de dióxido de azufre. A pesar de estos

inconvenientes, la fundición es un proceso relativamente eficiente para la producción de

cobre. Por lo tanto, se usa mucho, tal como la fundición flash.

Se ha intentado desarrollar un proceso hidrometalúrgico para reemplazar la fundición de

cobre en el pasado, pero con muy poco éxito. Uno de los principales problemas ha sido

que las minerales de sulfuro de cobre, tal como la calcopirita, es muy difícil disolver en

la solución de ácido o alcalino. Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado una

serie de nuevos procesos de la hidrometalurgia para el tratamiento de calcopirita con altas

eficiencias de extracción. Uno de ellos es el proceso Intec, desarrollado por Intec Ltd.

Análisis de Ciclo de Vida es un método integrado "de la cuna a la tumba" para evaluar

comportamiento medioambiental de los productos o servicios. El consumo de energía y

materia prima, los diferentes tipos de emisión y otros factores importantes, se miden,

analizan y agregan a lo largo de toda la vida del producto desde un punto de vista

medioambiental.

Lo que hemos intentado hacer en este estudio es presentar brevemente lo que se sabe

sobre el pasado, presente y futuro del cobre, sobre todo se enfoca en la extracción,

mineralurgia y el proceso metalúrgico. Nuestro método se podría caracterizar como "de

la cuna a la puerta"(en lugar de "de la cuna a la tumba"). Se presenta las conclusiones

pertinentes sobre todo desde una perspectiva industrial-ecología, en lugar de una

perspectiva puramente económica. Además, intentamos comparar una serie de proceso

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metalúrgico para ver cuál de ellos provoca menos impacto ambiental y consume menos

energía.

Este estudio se divide en cinco capítulos, incluyendo esta introducción. El siguiente

capítulo está dedicado a los antecedentes históricos y geológicos, las fuentes y la

producción de cobre, los usos del cobre, el consumo y la acumulación. El capítulo 3 está

dedicado a las metodologías que se usan en el estudio y los supuestos y alcance del estudio.

El capítulo 5 da los resultados y las discusiones. El capítulo 5 da el resumen y las

conclusiones principales.

- 3 -

2 Estado de arte

2.1 Visión global de cobre

Cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es un elemento

químico de número atómico 29. Es un metal de transición, de color rojizo y de resplandor

metálico que, junto con la plata y el oro es parte de la llamada familia del cobre. El cobre

se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de la electricidad (el segundo por

detrás de la plata) (Las detalles se ven en la Tabla 2.1). Debido a su alta conductividad

eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para la

fabricación de cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

Tabla 2.1 Información de Cobre

Información general Propiedades físicas

Nombre, símbolo,número Cobre, Cu, 29 Estado ordinario Sólido

(diamagnético)

Serie química Metales de transición Densidad 8960 kg/m3

Grupo, período,bloque 11, 4, d Punto de fusión 1357,77 K

(1084,62 °C)

Masa atómica 63,536 u Punto de ebullición 2835 K (2562 °C)

Configuración electrónica

[Ar]3d104s1 Entalpía de

vaporización 300 kJ/mol

Dureza Mohs 3,0 Entalpía de fusión 13,1 kJ/mol

Electrones por nivel 2, 8, 18, 1 Conductividad

eléctrica 58,108 × 106 S/m

Conductividad térmica 400 W/(K·m)

El cobre es parte de una gran cantidad de aleaciones que presentan, en general, mejores

propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad menor. Las aleaciones de cobre

más importantes son el bronce (una aleación de Cu y Sn) y el latón (una aleación de Cu

y Zn) (Figura 2.1). Además, gracias a que puede ser reciclado casi ilimitado sin perder

sus propiedades mecánicas, el cobre es un metal duradero.

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Figura 2.1 Bronce chino (izquierda) y latón (derecha)

2.1.1 El cobre en la Antigüedad

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El

cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los

historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la

Antigüedad.

1. Edad del Cobre (Sobre 7000 AD – 3000 AD)

El cobre, a diferencia de otros metales, puede encontrarse en la naturaleza en estado puro.

Tiene una historia de uso de más de 10.000 años y se conoce su uso por parte de algunas

de las civilizaciones más antiguas de la historia. Se estima que se descubrió en Oriente

Medio hacia el año 9000 AC (Marianne, 2005) y un colgante de cobre que dató de 8700

AC y se encontró en el norte de Irak (Rayner, 2007).

La historia de la metalurgia del cobre habría seguido la secuencia siguiente: 1. Trabajar

en frío el cobre nativo, 2. Recocerlo, 3. Fundirlo, 4. El método a la cera perdida. En el

sudeste de Anatolia, cuatro de estas técnicas metalúrgicas aparecieron más o menos

simultáneamente al comienzo de la edad neolítica, 7500 AC (Renfrew, 1990). Sin

embargo, al igual que la agricultura fue inventada independientemente en varias partes

del mundo (incluyendo Pakistán, China y las Américas), la fundición de cobre fue

desarrolladada en varios lugares diferentes. Probablemente fue descubierta

independientemente en China antes de 2800 AC, en Centroamérica tal vez alrededor del

año 600 DC, y en el África occidental sobre el noveno o décimo siglo DC (Cowen, R.).

El moldeo por inversión fue inventado entre los años 4500 y 4000 AC, en el sudeste de

Asia (Marianne, 2005) y la datación por carbono ha establecido la minería en Alderley

Edge en Cheshire, Reino Unido, entre los 2280 y los 1890 AC (Timberlake, 2005). Ötzi,

un hombre momificado encontrado en los Alpes y que data de entre 3300 y 3200 AC, se

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encontró junto con un hacha con cabeza de cobre de 99,7% de pureza. Altos niveles de

arsénico en el pelo sugirieron su participación en la fundición de cobre (Marianne, 2005).

La experiencia con el cobre ha ayudado al desarrollo de otros metales, en particular, la

fundición de cobre llevó al descubrimiento de la fundición de hierro. La producción

minera de cobre en Michigan y Wisconsin está fechada entre el 6000 y el 3000 AC (Pleger,

2002).

2. Edad de bronce (Sobre 3000 AC – 100 DC)

La aleación de cobre con estaño para hacer bronce fue practicada por primera vez unos

4000 años después del descubrimiento de la fundición de cobre, y sobre 2000 años

después de que el "bronce natural" hubiese sido de uso general. Artefactos de bronce de

la cultura Vinca datan del 4500 AC (Radivojević, 2013). Los artefactos egipcios y

sumerios de aleaciones de cobre y bronce datan del 3000 AC (McNeil, 2002). La edad de

bronce comenzó en el sureste de Europa alrededor del 3700 hasta el 3300 AC, y en el

noroeste de Europa alrededor del 2500 AC.

La edad de bronce se termina con el inicio de la Edad de Hierro: 2000-1000 AC en el

Cercano Oriente el año 600 AC en el norte de Europa. La transición entre el Neolítico y

la Edad de Bronce fue antiguamente llamada el Calcolítico (cobre-piedra), las

herramientas de cobre y las de piedra se utilizaron juntos. El latón, la aleación de cobre y

zinc, es mucho más. Los primeros en usarla, que se sepa, fueron los griegos, pero se

convirtió en un complemento importante para el bronce durante el Imperio Romano.

2.1.2 Edad Media y Edad Moderna

La primera utilización de latón en Reino Unido ocurrió en los siglos III – II AC. En el

norte de América, la minería de cobre comenzó por los trabajos marginales de los nativos

americanos. Entre 800 y 1600 DC, el cobre nativo se extraía de los yacimientos de la Isla

Royale con herramientas primitivas de piedra (Martin, 1995). La metalurgia del cobre

estaba floreciendo en Suramérica, sobre todo en Perú en el 1000 AC, mientras que

procedió a un ritmo mucho más lento en otros continentes. El cobre ornamental se había

descubierto en el siglo 15, pero la producción comercial no comenzó hasta los principios

del siglo 20.

El papel cultural del cobre ha sido importante, sobre todo en la moneda. En el siglo tercero

AC, los romanos utilizaban piezas de cobre como dinero. Al principio, el propio cobre

fue valorado, pero poco a poco la forma y el aspecto del cobre llegaron a ser más

importante. Julio César tenía sus propias monedas hechas de latón (Figura 2.2). Con una

producción anual estimada de alrededor de 15.000 t, la explotación y fundición romana

del cobre llegaron a una escala sin igual hasta la época de la Revolución Industrial. Las

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provincias más intensamente minadas fueron las de Hispania, Chipre y en Europa Central

(Hong, S., 1996).

Figura 2.2 Una moneda de latón de Julio Cesar

2.1.3 Edad Contemporánea

La Gran Montaña de Cobre fue una mina en Falun, Suecia, que fue explotada desde el

siglo 10 hasta 1992. Produjo dos tercios de la demanda del cobre de Europa en el siglo

17 y ayudó mucho a financiar las guerras de Suecia durante ese tiempo (Lynch, 2004).

Los usos del cobre no solo se limitaron a la moneda, sino que también fue utilizado por

escultores del Renacimiento en la tecnología fotográfica, como el daguerrotipo o en la

Estatua de la Libertad (Figura 2.3). La Norddeutsche Affinerie en Hamburgo fue la

primera fábrica de galvanoplastia moderna, comenzando su producción en 1876 (Stelter,

2004). El científico alemán Gottfried Osann inventó la metalurgia de polvos o

pulvimetalurgia en 1830, mientras determinaba la masa atómica del metal. Alrededor de

entonces, la cantidad y tipo de elemento de aleación (tal como el estaño) del cobre se han

descubierto con las que afectarían tonos de campana. La fusión flash fue desarrollada por

Outokumpu en Finlandia y fue aplicada por primera vez en Harjavalta en 1949; este

proceso de bajo consumo representa el 50% de la producción primaria de cobre en el

mundo.

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Figura 2.3 El daguerrotipo (izquierda), y la Estatua de la Libertad (derecha).

Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y

sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas,

campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente con la invención del

generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal

estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

2.2 Producción y comercio

El cobre se ha utilizado por lo menos 10.000 años, pero más del 96% de todo el cobre

extraído y fundido se extrae desde 1900, y más de la mitad fue extraído en solo los últimos

24 años. Aunque la cantidad total de cobre en la Tierra es enorme, solo una pequeña

fracción de estas reservas es económicamente rentable dependiendo de los precios

actuales y tecnologías. Bajo la situación competente de geología, económica, medio

ambiental y condición legal, la mina se puede explotar.

El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80 %) y de minerales oxidados (20 %),

los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalúrgia y los segundos por otro

proceso denominado hidrometalurgia.

Los principales minerales de sulfuro de cobre son calcopirita (CuFeS2), calcocita (Cu2S),

covelita (CuS), bornita (Cu5FeS4) y tetraedrita ((Cu,Fe)12Sb4S13). (como se ve Tabla 2.2)

La fuente principal de cobre es la de depósitos de mineral pórfido en la que una

combinación de los minerales antes mencionados se produce. Un mineral de sulfuro cobre

típico contiene varios niveles de tipos de sulfuro de hierro que generalmente incluyen

pirita (FeS2) y pirrotita (Fe1-xS). A menudo están presentes oro y plata que o bien pueden

asociarse con los sulfuros o estar libres. Las partículas ganga pueden estar formadas por

una gama de minerales de silicato desde cuarzo hasta talco y arcillas. También pueden

estar presentes carbonatos de mineral ganga.

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Tabla 2.2 Los principales minerales de sulfuro de cobre

Calcopirita Calcocita Covelita Bornita Tetraedrita

CuFeS2 Cu2S CuS Cu5FeS4 (Cu,Fe)12Sb4S13

Los minerales oxidados de cobre se originan en la descomposición y oxidación de los

minerales sulfurados. Generalmente, están en la superficie de la mina del cobre, así que

son los primeros en ser explotados. Los principales son los siguientes: (en la Tabla 2.3)

Tabla 2.3 Los principales minerales oxidados de cobre

Malaquita Azurita Crisocola Cuprita

Cu2CO3(OH)2 Cu3(CO3)2(OH)2

(Cu,Al)4H4

(OH)8

Si4O10 ·nH2O

Cu2O

2.2.1 Producción minera

La producción primaria de cobre comienza con la extracción de minerales de cobre. Hay

dos formas básicas de la minería de cobre: la mina a cielo abierto y la mina subterránea.

La mina a cielo abierto es el método de explotación predominante en el mundo.

Después de que el mineral ha sido extraído, se tritura y se muele seguido de una

concentración por flotación. El cobre obtenido se concentra normalmente contiene

alrededor de 30% de cobre, pero los grados pueden variar de 20% a 40%. En el siguiente

proceso de fundición, el cobre se transforma en mate que contiene 50% - 70% de cobre.

La mata fundida se procesa en un convertidor que resulta en cobre blíster de 98,5% a 99,5%

de cobre. Al final, el cobre blíster se refina por fuego en el proceso tradicional, o vuelve

a fundirse en ánodos para electro-refinación. El producto de la electro-refinación se

acumula en los cátodos que contiene 99.99% de cobre.

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Alternativamente, en la hidrometalurgia, el cobre se extrae a partir de los óxidos y

sulfuros, a través de la lixiviación (extracción por solvente) y extracción electrolítica

(procesos de SX-EW, solvent extraction and electrowinning). La salida es la misma que

a través del electro-refinación de cátodos de cobre. ICSG (International Copper Study

Group) estima que en 2013 la producción del cobre refinado de SX-EW, representaba el

18% de la producción total.

Figura 2.4 Tendencias de la capacidad de la minería del cobre, unidad: Mil Toneladas (Fuente:

Directorio de las minas y plantas del cobre, ICSG, julio de 2014)

En la Figura 2.4, la capacidad de la extracción de cobre se estima que alcanzará 27,5

millones de toneladas de cobre en 2014, con el 21% de la producción de SX-EW. Esto

será sobre el 30% superior a la capacidad de 21,0 millones de toneladas de cobre

registrados en 2013. Como los gráficos ilustran, el crecimiento de la capacidad de

concentrado en general va aumentando, mientras que el crecimiento de SX-EW va

disminuyendo. Esta tendencia podría revertir en el futuro a medida que las operaciones

nuevas y las capacidades de extracción de cobre se utilicen.

Figura 2.5 Producción mundial de fundición de cobre, 1980-2013, unidad: Mil Toneladas. (Fuente:

ICSG)

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En la Figura 2.5, la fundición es el proceso pirometalúrgico utilizado para producir cobre

metálico. En 2013, la fundición de cobre mundial alcanzó 16,8 millones de toneladas de

cobre. Recientemente, a través de los procesos de lixiviación, la tendencia para recuperar

la producción del cobre ha sido en aumento. Las fundiciones primarias usan minerales

concentrados como su alimentación principal (aunque algunos también usan chatarra del

cobre). Las fundiciones secundarias usan chatarras de cobre como su alimentación.

2.2.2 Reservas

Los principales países que producen cobre y sus reservas se observan en la Tabla 2.4.

Tabla 2.4 Los datos de las producciones y las reservas del cobre mundial (Fuente: USGS)

Es importante tener en cuenta que Chile produce un tercio del cobre mundial y mientras

tiene la reserva más abundante. (Ver Tabla 2.4) Además, hay que tener en cuenta aunque

China es el segundo país que produce cobre, pero no tiene tantas reservas como Chile

como veremos en la sección 2.2.3.

Tabla 2.5 Reservas y recursos de minerales de cobre y ley media para el periodo 2001-2007,

separados por tipo de mena o mineral, en millones de toneladas. (Fuente: SNGM)

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La mayor parte de las reservas (ca. 94%) y recursos de cobre están contenidos en

yacimientos del tipo pórfido de cobre-molibdeno o cobre-molibdeno-oro, que son

explotados por las empresas que constituyen la gran minería del cobre (e.g.,

Chuquicamata, Escondida). Otra parte de las reservas están en yacimientos del tipo óxidos

de hierro-cobre-oro (e.g., Candelaria) y de tipo manto (e.g., Mantos Blanco) que

concentran aproximadamente un 5% de las reservas y recursos. La pequeña minería, que

explota, mayoritariamente, pequeños yacimientos vetiformes, tiene menos del 1 % de las

reservas y recursos. La situación descrita presenta una muy buena correlación con las

estadísticas de producción, puesto que la producción de cobre en Chile está concentrada

en un alto porcentaje en la gran minería cuya producción el año 2007 alcanzó a 5.229.276

toneladas de cobre fino, lo que representa el 94% del total de cobre producido en el país.

Por su parte, las empresas medianas aportan con un 5% y las empresas pequeñas un 1%.

Desde el punto de vista geográfico, la mayor cantidad de reservas y recursos de cobre se

concentran, por orden de importancia, en las regiones de Antofagasta, Tarapacá, Región

Metropolitana, del Libertador Bernardo O’Higgins, Coquimbo, de Valparaíso y Atacama.

Lo que constituye un reflejo de la distribución geográfica de los principales yacimientos

y distritos mineros del país, controlada, en último término, por factores geológicos.

La información de las de reservas y recursos de cobre, analizada en términos de millones

de toneladas de mineral o mena de cobre muestra, para el periodo 2001-2007, un

incremento aún más marcado que cuando estas se consideran en términos de cobre fino

contenido, desde 29.000 millones de toneladas de mineral el año 2001 a 54.000 millones

de toneladas de mineral el año 2007, es decir un incremento de 86% (Tabla 2.5).

En cuanto a las leyes de las reservas y recursos de mineral de cobre, los gráficos muestran

que hay una disminución importante de las leyes medias de los yacimientos para el

periodo estudiado, lo cual es especialmente notable para los sulfuros de cobre los que

caen desde una ley media de 0,824 % el año 2001 a una ley media de 0,723 % de cobre

el 2007, vale decir una disminución de un 12,2% (Tabla 2.5).

Por otra parte, estos incrementos de las reservas y recursos están directamente

relacionados con el aumento sostenido, en el periodo analizado, del precio internacional

de la libra de cobre, que de 71,5 centavos de dólar la libra en el año 2001 aumentó a 323,5

centavos de dólar la libra el año 2007, vale decir un incremento superior al 350%. Debido

a lo anterior, una parte significativa del incremento de las reservas, puede ser explicado

por los altos precios de la libra de cobre, que hizo posible incorporar a los recursos y

reservas, minerales de baja ley, posibles de explotar por las condiciones favorables del

mercado.

Los recursos inferidos y aquellos recursos que en el transcurso del periodo analizado

estaban siendo cuantificados en la etapa de exploración, no fueron considerados para este

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informe. Un resumen para el 2007 señala que los recursos inferidos informados por las

empresas son del orden de los 38.000 millones de toneladas de minerales de cobre, con

una ley media esperada de 0,5% de cobre total. De este tonelaje, un 86% corresponde a

sulfuros de cobre y el resto a óxidos y mixtos de cobre. Adicionalmente, las empresas

informaron, para el año 2007, del orden de 1.800 millones de toneladas de mineral de

cobre con una ley esperada de 0,48% de cobre total, como recursos sin categorizar,

detectados en proyectos con exploración incipiente. Estos recursos inferidos de minerales

de cobre, constituyen un potencial para el futuro crecimiento de la industria extractiva del

cobre y son parte de los inventarios de las principales empresas mineras que operan en

Chile y que seguramente, en un volumen importante, serán, en los próximos años,

transformados en recursos medidos e indicados.

El país dispone de un importante inventario de reservas y recursos de cobre, que aseguran

la producción de las próximas décadas. Sin embargo es necesario destacar que la mayor

parte de estos se encuentran contenidos en sulfuros de la mena o mineral primario y

muestran una tendencia a la disminución de sus leyes. También es necesario destacar que

la cantidad de recursos contenidos en minerales oxidados, ha experimentado una baja

durante el periodo, lo que constituye un llamado de atención con respecto a una posible

caída de las reservas de minerales lixiviables en el futuro. El hecho de que la mayor parte

de las reservas y recursos de cobre se encuentren contenidos en sulfuros primarios, que

muestran leyes descendentes, implica que para mantener, a futuro, el actual nivel de

producción, será necesario ampliar la capacidad de procesamiento de minerales, de

manera de compensar la disminución de la ley.

En resumen, los inventarios de reservas y recursos de cobre del país están muy

relacionados con la dinámica de las condiciones de mercado, donde aumentos notables

en el precio del metal posibilitan a las empresas mineras a mover a la baja la ley de corte

de explotación. En consecuencia, millones de toneladas de recursos mineros de baja ley,

solo por el efecto de un mejor precio, pueden ser incorporados al inventario de recursos

y reservas y determinar cambios en él.

2.2.3 Comercio y consumo

Productos de cobre internacionalmente se comercian en toda la cadena de valor. A

menudo, los países aguas arriba tienen más capacidad de la producción de cobre que los

países aguas abajo. Así que es necesario importar las materias primas para satisfacer sus

necesidades de producción, y viceversa. Las principales categorías de los productos de

cobre que se cotizan internacionalmente incluyen:

Concentrado de cobre seco (Copper concentrates)

Cobre blíster o anódico (Copper blister and anode)

Cobre catódico y lingotes (Copper cathode and ingots)

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Chatarra de cobre (Copper scrap)

Cobre semielaborado (Copper semis)

Polvos de cobre y sus compuestos también se comercian globalmente, pero en general

sus cantidades son muchos menores que las categorías mencionadas arriba. Además, los

productos finales de cobre también se comercian globalmente, tales como automóviles,

electrodomésticos, equipos electrónicos y otros productos.

En las siguientes figuras se muestran las situaciones del comercio internacional de cobre.

(Ver Figura 2.6, Figura 2.7 y Figura 2.8) Se tiene en cuenta que Chile exporta mayor

cantidad de cobre sobre todo las minerales y el cobre blíster. Además China importa la

más cantidad de cobre, por esta razón, China ocupa el segundo lugar de la producción de

cobre.

Figura 2.6 Flujos del comercio internacional de las minerales y concentrados de cobre (Fuente:

ICSG)

Figura 2.7 Flujos del comercio internacional del cobre blíster y anódico (Fuente: ICSG)

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Figura 2.8 Flujos del comercio internacional del cobre refinado (Fuente: ICSG)

El cobre se suministra a los fabricantes como catódicos, palanquillas, torta o lingote. A

través de la extrusión, forjamiento, fusión, electrólisis, etc., se transforma en alambre,

cable, varilla, tubos, placas, hojas, piezas, polvos y otras formas. (Ver Figura 2.9) Los

fabricantes de estas formas se conocen como los primeros usuarios del cobre. Los

primeros usuarios del cobre funden directamente la totalidad de cobre incluyendo la

chatarra para producir cobre semielaborado.

Cables Hoja Placas Tubos

Figura 2.9 Los productos de cobre

Las industrias aguas abajo pueden transformar cobre y sus aleaciones semielaborados en

productos del uso final, tales como automóviles, electrodomésticos, electrónica, y otras

formas dependiendo de a qué necesidades van a satisfacer.

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Figura 2.10 La cantidad del uso mundial del cobre, 1900-2013 (Unidad: Mil Toneladas,

Fuente: ICSG)

Desde 1900, el uso aparente del cobre refinado ha aumentado de menos de 500 mil

toneladas a 21,2 millones toneladas en 2013. Durante este tiempo, la tasa compuesta del

crecimiento anual ha llegado 3,4% por año.

2.2.4 Utilización

1. Eléctrico

El cobre es el mejor conductor metálico no precioso de la electricidad, ya que tiene menos

resistencia comparado con otros metales de uso común. El cobre es el estándar con el que

se comparan otros conductores. Se establece el estándar para que otros conductores se

puede comparar con el cobre. Además, gracias a la fuerza excepcional, la ductilidad del

cobre y resistencia a la corrosión, ya ha sido el conductor preferido y más seguro para el

cable de los edificios comerciales y residenciales.

El cobre es un componente esencial de los generadores de energía eficientes, motores,

transformadores y los sistemas de producción de energía renovable.

2. Electrónica y comunicación

El cobre juega un papel clave en telecomunicación en todo el mundo. Tecnología HDSL

(Línea de abonado digital de alta velocidad binaria, High Digital Subscriber Line en

inglés) y ADSL (Línea de abonado digital asimétrica, Asymmetrical Digital Subscriber

Line en inglés) permite la transmisión de datos de alta velocidad, incluyendo el servicio

de Internet, a través de la infraestructura del cable telefónico ordinario de cobre. El cobre

- 16 -

y sus aleaciones se utilizan en líneas nacionales de abonado, redes de área local, teléfonos

móviles y ordenadores personales. (Ver Figura 2.11)

Figura 2.11 El cable telefónico

3. Construcción

El cobre y el bronce son los materiales de elecciones primarias para plomería, grifos,

válvulas y accesorios. Gracias a su atractivo estético, el cobre y sus aleaciones, como el

broce arquitectónico, se utiliza en una variedad de ajustes para construir murales,

cubiertas, puertas y marcos de ventanas. (Ver en la Figura 2.12)

Murales Cubiertas Puertas

Figura 2.12 Unos ejemplos sobre el uso del cobre de la construcción

A diferencia del tubo de plástico, el cobre no se quema, no se derrite y libera humos

nocivos o tóxicos en caso de incendio. Los tubos de cobre también ayudan a proteger los

sistemas de agua de las bacterias potencialmente letales como la legionela. Los sistemas

de rociadores de cobre contra incendios de cobre son una característica importante de

seguridad en los edificios.

- 17 -

Además, el uso de los mandos y puertas de cobre provienen la trasmisión de enfermedades

y microbios gracias a sus propiedades biostáticas.

4. Transporte

Todas las principales formas de transporte dependen del cobre para realizar las funciones

críticas. Las aleaciones de cobre-níquel se utilizan en los cascos de los barcos y buques

para reducir la contaminación biológica marina, con lo cual reduce la fricción y mejora

el consumo de combustible. Los automóviles y camiones tienen muchas partes que están

hechas de cobre, tales como motores, cableados, radiadores, conectores y frenos. Ahora,

un automóvil de tamaño mediano en promedio contiene alrededor de 22,5 kg de cobre,

mientras que los coches lujosos en promedio contienen alrededor de 1.500 cables de

cobre con 1,6 km de longitud.

Los vehículos eléctricos e híbridos pueden contener más cobre. A través de su

conductividad superior, dureza, resistencia a la corrosión térmica y reciclabilidad, el

cobre es ideal para radiadores de automóviles y camiones. (Ver Figura 2.13) Por otra

parte, el cobre también se usa ampliamente en aviones y trenes de nueva generación. Los

nuevos trenes de alta velocidad pueden usar de 2 a 4 toneladas de cobre,

significativamente más altos que los de 1 a 2 toneladas utilizados en los trenes

tradicionales.

Figura 2.13 El radiador de cobre de coche

5. Maquinaria y Equipo Industrial

El cobre y sus aleaciones se encuentran en cualquier maquinaria y equipo industrial.

Debido a su durabilidad, maquinabilidad (Machinability) y la capacidad de ser fundido

con una alta precisión y altas tolerancias. Las aleaciones de cobre son ideales para la

fabricación de productos tales como engranajes, cojinetes y álabes de la turbina. (Ver en

la Figura 2.14)

- 18 -

Engranajes Cojinetes

Figura 2.14 Engranajes y Cojinetes

Gracias a su alta capacidad para transferir el calor, el cobre es una opción ideal para los

equipos del intercambio de calor, recipientes a presión y tanques. Además, debido a su

resistencia a la corrosión, el cobre es especialmente adecuado en el ambiente marino y

otros entornos exigentes.

6. Productos generales y de consumo

Desde el comienzo de la civilización el cobre ha sido utilizado por varias sociedades para

hacer monedas. En la actualidad, los países están reemplazando los efectivos de

denominación baja a la moneda de cobre, ya que estas monedas duran 10, 20 e incluso 50

veces más.

En Estados Unidos, las monedas de uno y cinco céntimos contienen 2,5% y 75% de cobre

respectivamente, mientras que otras monedas de los EEUU contienen un núcleo de cobre

puro. (Ver en la Figura 2.15) En la Unión Europea recientemente, las monedas de euro,

primero introducido en 2002, también contienen cobre.

Un céntimos dólar Cinco céntimos dólares Un dólar

Figura 2.15 Las monedas de dólares

- 19 -

El cobre y productos basados en cobre se utilizan en oficinas, hogares y los lugares de

trabajo. Como los computadores, los electrodomésticos y los utensilios de cocina solo son

algunos de los productos que explotan las ventajas del cobre.

7. Otros

Además, el cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las

plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la

formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema

inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana (Juan

Salvat, 1984).

Por otra parte, se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales

como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable

y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El

desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como

enfermedad de Wilson.

2.2.5 Reciclaje

El cobre es uno de los pocos materiales que no se degradan o pierden sus propiedades

químicas ni físicas en el proceso de reciclaje. En las últimas décadas, un creciente énfasis

se ha puesto en la sostenibilidad de los usos de material en el que el concepto de

reutilización y reciclaje de metales juega un papel importante en la elección de materiales

y en la aceptación de los productos. Si se maneja adecuadamente, el reciclaje tiene mucho

potencial para extender el uso de los recursos, y minimizar el uso de energía, algunas

emisiones y la eliminación de residuos.

A través de una mayor reutilización y reciclaje, el cierre de bucles de metal puede mejorar

la productividad total de los recursos, con lo cual representa uno de los elementos claves

de la transición de la sociedad hacia los modelos más sostenibles de producción y

consumo. Es ampliamente reconocido que el reciclaje no está en oposición a la

producción de los metales primarios, pero es un complemento necesario y beneficioso.

En 2012, ICSG estima que más del 30% del consumo de cobre vino del reciclado. En

algunos países, sus requerimientos de cobre dependen en gran medida de cobre reciclado

para satisfacer las demandas internas. Sin embargo, el cobre reciclado por sí sola no

puede satisfacer las necesidades de la sociedad, así que también dependemos del cobre

producido a partir del tratamiento de los minerales.

- 20 -

Definiciones de los ratios de cobre reciclado

Los tres grupos del estudio de metales no ferrosos (uno de cobre, uno de niquel y otro de

plomo y zinc) en conjunción con otras asociaciones diferentes de la industria de metales

llegan a un acuerdo en las definiciones comunes de las tres siguientes ratios de metales

reciclados:

1. La Ratio del Reciclaje de Entrada (en inglés The Recycling Input Rate, RIR) mide la

proporción de metal y de los productos metales que se producen a partir de la chatarra y

otros residuos que contienen bajo grado de metal. El RIR es principalmente una medida

estadística de la disponibilidad de materias primas y suministros sino un indicador de la

eficiencia del reciclaje.

𝑅𝐼𝑅 =𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜

2. La Ratio General de la Eficiencia de Reciclaje (en inglés The Overall Recycling

Efficiency Rate, Overall RER) indica la eficiencia de los materiales del fin de vida (The

end of life, EOL) tales como chatarra, chatarra nueva, y otros residuos que son recogidos

y reciclados.

Overall RER =𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑐ℎ𝑎𝑡𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜 𝑦 𝐸𝑂𝐿)

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑟(𝑐ℎ𝑎𝑡𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜 𝑦 𝐸𝑂𝐿)

3. La Ratio de la Eficiencia de Reciclaje EOL (EOL RER) indica la eficiencia con la que

se recicla EOL chatarra de productos obsoletos. Esta medida se concentra en el

rendimiento de la gestión de los productos del fin de vida (EOL) y proporciona

información importante a las audiencias objetivas, como las industrias de metales y de

reciclaje.

EOL RER =𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑐ℎ𝑎𝑡𝑎𝑟𝑟𝑎 𝐸𝑂𝐿)

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑎𝑟

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Tabla 2.6 El uso reciclable del cobre global, 2004-2012 (Fuente: ICSG)

Unidad: Mil toneladas

Teniendo en cuenta como se aprecia en la Tabla 2.6 el RIR en Europa es mayor valor, le

siguen Asia y América del Norte.

2.3 Ciclo de vida de cobre

El cobre se encuentra normalmente en asociación con azufre en la naturaleza. El metal de

cobre puro se produce generalmente a partir de varias etapas, comenzando con la

extracción y concentración de minerales de bajo grado que contienen minerales de sulfuro

de cobre, y siguiendo por la fundición y refinación electrolítica para producir un cobre

puro. Una parte cada vez mayor de cobre se produce a partir de la lixiviación ácida de los

minerales oxidados.

2.3.1 Exploración

La búsqueda y definición de nuevos yacimientos son realizadas normalmente por un

equipo de profesionales, encabezado por geólogos. Se distribuyen en los siguientes etapas:

1. Exploración básica. 2. Exploración intermedia. 3. Exploración avanzada.

1. Primera etapa: Exploración básica

En esta primera etapa se efectúa un reconocimiento general de un área extensa con el fin

de identificar algunas características favorables que puedan indicar la presencia de un

yacimiento. Una vez los geólogos identifican el área con el estudio de los diferentes

antecedentes y técnicas específicas, el equipo se dirige al terreno para registrar las

características de las rocas y su ubicación, y para recoger muestras que permitirán

determinar si contiene cobre.

2. Segunda etapa: Exploración intermedia

- 22 -

En esta etapa se confirma la existencia de mineralización de cobre en profundidad, de

acuerdo con la información recogida en la etapa anterior. Una vez localizada el área de

interés, se realizan con mayor detalle trabajos geofísicos tales como magnetometría,

gravimetría, resistividad, etc. y trabajos geoquímicos como la obtención y características

que interesan en diferentes mapas, lo que permite aumentar la precisión y reducir el radio

de búsqueda del mineral. La información recolectada permite diseñar la perforación de

algunos sondeos exploratorios para extraer muestras de distintas profundidades y

determinar la posible continuación de la mineralización bajo la superficie. El resultado

ayuda a hallar la identificación de un posible yacimiento, ubicado en un área más o menos

definida.

3. Tercera etapa: Exploración avanzada

En esta etapa se determina con mayor precisión la forma y extensión del yacimiento y la

calidad, es decir, la ley del mineral. Se realiza mediante la perforación de más sondeos,

distribuidos en una malla regular, que atraviesan el mineral. Además, mediante los

sondeos se pueden reconocer otras características del yacimiento, los tipos de mineral, su

alteración, estructuras, densidad, dureza, fracturación, etc.

Los resultados de las características del yacimiento, el tipo de mineral y su ley constituyen

la primera información fundamental para el diseño de una futura explotación, ya que

permiten estimar el comportamiento geotécnico y geometalúrgico, y el posible

rendimiento económico del mineral.

2.3.2 Extracción y procesamiento

El objetivo de este proceso es extraer la porción mineralizada con cobre y otros elementos

desde el macizo rocoso de la mina, que puede ser a cielo abierto, subterránea (Figura 2.16)

o la combinación de ambas, y transportarla a la planta de procesado, en forma eficiente y

segura, para ser sometida al proceso de obtención del cobre y otros elementos.

Figura 2.16 La mina a cielo abierto (izquierda) y la mina subterránea (derecha)

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1 Mina a cielo abierto

Este tipo de extracción se utiliza cuando los yacimientos presentan una forma regular y

están ubicados en la superficie o cerca de ésta, de manera que el material estéril que lo

cubre pueda ser retirado a un costo tal que pueda ser absorbido por la explotación de la

porción mineralizada. Este sistema de extracción permite utilizar equipos de grandes

dimensiones, ya que el espacio no está restringido como en el caso de las minas

subterráneas, aunque su operación puede estar limitada por el clima, como es el caso de

las minas ubicadas en alta cordillera o zona central del país.

La extracción del material se realiza siguiendo una secuencia de las siguientes fases:

Perforación, Voladura, Carga, Transporte.

1. Perforación

Las perforaciones en el banco deben realizarse a distancias regulares, generalmente entre

8 y 12m (malla de perforación), de manera que atraviesen toda la altura del banco para

que, al introducirse los explosivos, la detonación permita fragmentar la roca.

Para realizar las perforaciones, se utilizan grandes equipos de perforación rotatoria,

equipados con barrenos de carburo de tungsteno de 12 pulgadas de diámetro, que permite

perforar un sondeo de 15 m de longitud en sólo 20 minutos. Las máquinas perforadoras

más usadas en la actualidad, en las operaciones a cielo abierto, son las de percusión y las

exclusivamente rotativas.

En esta fase se consume mucha agua y energía eléctrica.

2. Voladura

En cada barreno cargado con explosivo, se introduce un detonante de encendido eléctrico,

que se activa mediante control remoto. Se establece una secuencia de detonaciones entre

los distintos sondeos de una voladura, de manera que la roca sea fragmentada en etapas

partiendo de la cara expuesta del banco hacia adentro, con diferencias de tiempo de

fracciones de segundo entre cada detonación.

El producto obtenido es la roca mineralizada fragmentada de un tamaño suficientemente

pequeño (en general menor que 1 m de diámetro) como para ser cargada y transportada

por los equipos mineros y alimentar a la trituradora primaria, en donde se inicia los

procesos de reducción de tamaño en un sistema en línea hasta llegar a la planta de

tratamiento.

3. Carga

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El material volado es cargado en camiones de gran tonelaje mediante gigantescas palas

eléctricas o cargadores frontales (Figura 2.17) Estos equipos llenan los camiones en una

operación continuada desde que queda disponible el banco tras la voladura.

Figura 2.17 Cargando a un camión

Las palas eléctricas tienen capacidad para cargar 70 o 100 toneladas de material de una

vez, por lo que realizan tres movimientos o pases para cargar un camión. Los cargadores

tienen menor capacidad y en minas de gran tamaño se utilizan sólo para trabajos

especiales.

Una pala necesita un frente de carga mínimo de 65 m de ancho y carga camiones que se

van colocando alternativamente a cada lado de ella.

4. Transporte

Para el transporte del material mineralizado y el material estéril, se utilizan camiones de

gran tonelaje, por ejemplo 240 o 300 toneladas. Estos transportan el material desde el

frente de carga a sus diferentes destinos: El mineral aprovechable a la trituradora primaria,

el material estéril a escombreras y el mineral de baja ley a vertederos especiales.

2 Mina subterránea

El método de explotación subterránea, es utilizado cuando las zonas mineralizadas (vetas

o cuerpos de mineral económico) son angostas y profundas, por lo que según las

evaluaciones técnicas y económicas justifica la perforación de túneles y socavones para

posibilitar su extracción. Se realiza por medio de obras y trabajos en el interior de la tierra:

pozos, galerías, cámaras, túneles, socavones y planos etc., con el objeto de acceder a la

masa de mineral y extraerla, sin tener que mover los estériles o materiales que recubren

el yacimiento.

A diferencia de la explotación a cielo abierto, una mina subterránea extrae el mineral

desde abajo hacia arriba, utilizando lo más posible la fuerza de gravedad para producir la

- 25 -

fragmentación y el desplazamiento del mineral hacia los puntos de carga. La otra

diferencia importante es que en la mina subterránea no se extrae roca estéril, sino que

debido a los altos costos que implica la construcción de túneles, la explotación se

concentra preferentemente en las zonas de mineral (Figura 2.18).

Las actividades o procesos que comprende este método de explotación son: preparación,

explotación y extracción, transporte y manipulación de minerales. Las etapas son

similares a las de las minas a cielo abierto, pero su magnitud es mucho menor, el espacio

de trabajo es restrictivo, la maquinaria utilizada es más pequeña. Por ejemplo, en la

explotación a cielo abierto de Chuquicamata en Chile se usan camiones con una capacidad

de carga de 345 toneladas, pero en la explotación subterránea de la misma mina, el camión

que se utiliza tiene una capacidad de solo 50 toneladas (El informe de Chuquicamata,

2009). Además, las labores que son subterráneas necesitan más seguridad. Por ejemplo,

el sostenimiento en los túneles de uso frecuente y prolongado, sobre todo aquellas de los

lugares por donde deben transitar equipos y personas, debe contar con un factor de

seguridad mayor. Por eso, es un método en general más costoso.

Generalmente dentro del método de explotación subterráneo puede distinguirse tres

grandes grupos:

Figura 2.18 Esquema de la explotación de un

yacimiento a abierto y subterráneo

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1. SOSTENIMIENTO DE LOS HUECOS CON MACIZOS.

• METODO DE CAMARAS Y PILARES

• METODO DE TAJEO POR SUBNIVELES

• METODO DE CRATERES INVERTIDOS

2. RELLENO O FORTIFICACIÓN DE LOS HUECOS.

• METODO DE CORTE Y RELLENO (ASCENDENTE O DESCENDENTE)

• METODO DE ALMACENAMIENTO PROVISIONAL

• METODO DE ENTIBACION CON CUADROS

• METODO DE TAJEOS LARGOS

3. HUNDIMIENTO CONTROLADO DE LOS HUECOS.

• METODO DE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES

• METODO DE HUNDIMIENTO POR BLOQUES

Dependiendo de cada situación de la mina, se utiliza un método diferente. Pero tienen

unos puntos comunes. En las explotaciones subterráneas deben establecerse talleres de

mantenimiento, accesos principales, redes de agua y electricidad, drenajes, redes de

iluminaciones, oficinas, comedores, baños, policlínicos, bodegas, etc. Todas estas son

importantes y diferentes comparadas con las de una explotación a cielo abierto.

Especialmente el establecimiento de ventilación es más importante. Su objetivo es

conducir aire fresco, captado desde la superficie por grandes extractores, hacia los lugares

donde se están trabajando, y retirar el aire contaminado por los gases de voladura y de

equipos diésel para expulsarlo a la superficie. Si la mina está en la zona ventosa, se podría

utilizar el aire natural para que se use menos el ventilador.

2.3.3 Fundición y Refino

El cobre blíster (Blister copper) (alrededor de 98% o 98,5% de Cu) no es suficiente para

aplicaciones eléctricas, se necesita tratar más. La refinación de fuego (los procesos

pirometalúrgicos) es una técnica vieja, similar al convertidor Bessemer en el que el aire

se sopla a través del cobre y el flujo se añade para eliminar las últimas impurezas. El

primer aire se sopla para oxidar cualquier azufre residual. El exceso de oxígeno se elimina

por Poling con madera que se descompone en productos carbonosos que al mismo

tiempo se oxidan rápidamente. En el presente, se utilizan mucho el gas natural, hidrógeno

o amoniaco para este propósito. La mayoría de los productos se lanzan en ánodos (>99,5 %

de Cu) y después se envía a una refinería electrolítica. Debido a su calidad

suficientemente alta, la pirometalurgia podría ser utilizada para aleaciones y para piezas

fundidas especiales.

- 27 -

El cobre más puro se obtiene por un proceso electrolítico (Hidrometalurgia), llevado a

cabo utilizando un bloque de cobre impuro como ánodo y una lámina delgada de cobre

puro como cátodo. El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre. Al pasar

electricidad a través de la célula, el cobre se disuelve desde el ánodo y se deposita en el

cátodo. Las impurezas se quedan en solución o bien permanecen en el lodo insoluble.

Hidrometalurgia del Cobre

Generalmente los métodos de hidrometalurgia se utilizan son los siguientes: 1. Intec. 2.

CESL. 3. Dynatec. 4. Activox. 5. BacTech. 6. BioCOP. 7. Oxidación a presión total.

Todos estos procesos se llevan a cabo en las diferentes etapas del desarrollo y la gran

cantidad de datos disponibles en la literatura varían de un procesos a otro, además, los

datos no son muy detallados para cualquiera de los procesos. Las condiciones de

operación típicas para los siete procesos hidrometalúrgicos considerados en el estudio se

comparan en la Tabla 2.7 y las breves descripciones de los procesos se dan en las

siguientes secciones.

Tabla 2.7 Condiciones de operación típicas para procesos hidrometalúrgicos

Proceso Temperatura

(℃) Presión

(kPa) Aire u

oxígeno Lixiviación autoclave

Hervir caliza

Cianuración

Intec 85 101(atm) Aire No No No

CESL 150 1480 O2 Sí No Sí

Dynatec 150 1675 O2 Sí Sí Sí

Activox 100 1000 O2 Sí Sí Sí

Oxidación PT 220 3000 O2 Sí Sí Sí

BacTech 45-85 101 Aire No Sí Sí

BioCop 45-85 101 Aire No Sí Sí

1. Intec

El proceso Intec esencialmente consiste tres circuitos secuenciales de lixiviación,

purificación y extracción electrolítica. Un diagrama de flujo simplificado de los procesos

se muestra en la Figura 2.19. La sección de lixiviación es de configuración a

contracorriente de tres o cuatro etapas y opera a 85 °C y a presión atmosférica. El

concentrado de cobre (después de remolerse) se alimenta a la etapa uno y el lixiviado se

alimenta a la etapa cuatro. El oro se disuelve en las etapas tres y cuatro, luego se recupera

sobre un filtro de carbono (La Cianuración del residuo de proceso no es necesario). El

residuo de lixiviación se lava en un filtro antes de descargarlo del circuito. Los datos de

consumo de energía proporcionados por Intec para este estudio de ACV se basaron en

una previsión conservadora en el que cuatro etapas de lixiviación serían necesarias.

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Antes de la extracción electrolítica, el electrolito del circuito de lixiviación se purifica en

un sistema de tres etapas. La primera etapa consiste en la reducción de los iones cúpricos

residuales a los cuprosos mientras que la segunda etapa incluye la adición de mercurio y

cobre soluble (los dos son reciclados) para eliminar la plata como una amalgama que se

trata posteriormente para producir producto de plata. En la tercera etapa, las impurezas

tales como hierro, indio y bismuto se precipitan por la adición de caliza.

La electrodeposición consiste en la recuperación del metal de cobre en forma de dendritas

del cobre a partir de un electrolito que contiene iones cuprosos (Cu+) en una celda

particular de electrodeposición. Este proceso va acompañado de la recuperación

simultánea del líquido de lixiviación. El lixiviante contiene el ion de bromo-cloruro

(BrCl2-). Las dendritas de cobre se lavan y se secan bajo una atmósfera inerte, a

continuación, se funden en un horno purgado de inducción y es fundido en lingotes o en

otras formas.

2. CESL

Este procesos está siendo desarrollado y comercializado por Servicios de Ingeniería de

Cominco (Cominco Engineering Services, CESL), una subsidiaria de Cominco, y se ha

probado en una escala de la planta piloto (36 kg Cu/d) y otra de la planta de demostración

(1-1.5 t Cu/d). El proceso contiene una operación de lixiviación de dos etapas como se ha

mostrado en el diagrama de flujo en la Figura 2.20.

Figura 2.19 Diagrama de flujo de Intec

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Figura 2.20 Diagrama de flujo de CESL

En la primera etapa, el concentrado remolido del cobre remolido se lixivia en una

autoclave, usando oxígeno de alta presión y una mescla lixiviante de sulfato y cloruro.

Las condiciones lixiviadas se dan a una bajo la temperatura de 150 °C y bajo una presión

de 1480 kPa. La oxidación a alta presión convierte todos los sulfuros de cobre en sulfatos

básicos de cobre soluble en ácido. La siguiente etapa es la filtración.

La torta de filtro de la etapa anterior se lixivia a presión atmosférica en el ácido diluido.

Este ácido se obtiene a partir del circuito de la extracción de solvente para disolver los

sulfatos básicos de cobre. A continuación, la suspensión de lixiviación atmosférica se

separa en sólido y líquido usando unos circuitos de decantación a contracorriente. Los

sólidos separados (residuo de lixiviación) van a la recuperación de metales preciosos,

mientras que con la solución rica en cobre se procede a la extracción de disolvente, luego

va a la extracción electrolítica convencional en el medio sulfato. El diagrama de flujo de

recuperación de metales preciosos propuesta por Jones (1999) no incluye un pre-

tratamiento de hervir cal antes de la cianuración, así que fue omitido en el estudio de

ACV. La evaporación de agua se lleva a coba para mantener un balance de agua en la

oxidación a alta presión.

3. Dynatec

Este proceso está siendo desarrollado y comercializado por la División de Tecnologías

Metalúrgicas de la Corporación de Dynatec. Se ha probado en la planta piloto y

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miniplanta (2-5 kg Cu/h). El diagrama de flujo mostrado en la Figura 2.21, el concentrado

de cobre y los sólidos reciclados de la torta de sulfuro se remuelen y se tratan bajo una

temperatura y presión elevada (150 ° C, 1675 kPa) en una oxidación a alta presión para

así disolver cobre.

Figura 2.21 Diagrama de flujo de Dynatec

El carbón se añade como un surfactante para eliminar el líquido contenido azufre

elemental de las superficies de los sulfuros sin reaccionarse. La suspensión se descarga

por la lixiviación a presión. A continuación, se procede a la separación de sólido y líquido.

Y se procede a la extracción de disolvente de la solución rica en cobre, luego va a la

extracción electrolítica.

A través de flotación, el residuo separado de lixiviación produce un concentrado de

sulfuro y sulfato y algunos óxidos. El concentrado de azufre procede a la recuperación de

azufre (fusión y filtración), y la torta de sulfuro filtrado se recicla a la lixiviación a alta

presión. Los relaves se utilizan para la recuperación de los metales preciosos, tales como

oro y plata, por la cianuración. Sobre todo, añadir caliza puede mejorar la recuperación

de plata.

Buban y Collins (1997) no solo indican que puede ser posible recuperar cobre de la

solución por la extracción electrolítica directa (es decir, no hace falta extraer disolventes),

sino que también sugieren que una manera alternativa incluiría la extracción de disolvente.

4. Activox

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Este proceso está siendo desarrollado y comercializado por Western Tecnología Mineral

Pty. Ltd. Y ha sido probado en la planta de demostración (hasta 50 kg /h). El diagrama de

flujo de este proceso se muestra en la Figura 2.22.

Figura 2.22 Diagrama de flujo de Activox

El primer paso del proceso Activox, es remoler el concentrado a un tamaño muy fino (7-

15 μm) para que sea susceptible a la lixiviación a la temperatura usada aquí (típicamente

100°C). Esto es seguido por la lixiviación en la autoclave (a 1000 kPa) mediante el

refinado como medio de lixiviación y añadiendo oxígeno.

El residuo de lixiviación se separa de la suspensión y se lava. El oro y la plata se obtienen

por la cianuración del residuo. El exceso de ácido libre en la solución se neutraliza por la

piedra caliza antes de la extracción de disolvente, a continuación, se procede la extracción

electrolítica.

5. BacTech

Este proceso está siendo desarrollado y comercializado por BacTech y su socio Mintek

(la organización de investigación nacional de Sudáfrica) y es uno de los dos procesos de

biolixiviación (el otro es el proceso BioCop, véase la sección siguiente) incluidos en este

estudio. La biolixiviación de minerales (también conocidos como la oxidación bacteriana

o bio-oxidación) se lleva a cabo por microorganismos de origen natural. Los

microorganismos que se emplean en esta manera son termófilos moderados (45-60 °C) o

- 32 -

termófilos extremos (60-85°C). Los cultivos de termófilos desarrollados por BacTech se

aislaron originalmente de una mina en el oeste de Australia. La puesta en marcha de una

planta de demostración de 0,5 t se está terminado actualmente en las instalaciones de

investigación de Industrias Peñoles en Monterrey, México.

El concentrado de cobre primero se remuele fino (5-15 μm) y luego se somete a la

biolixiviación en unos tanques aireados agitados. El diagrama de flujo se muestra en la

Figura 2.23.

Figura 2.23 Diagrama de flujo de BacTech

Esto implica alimentar con una corriente continua del concentrado en suspensión a los

reactores primarios, que contiene una suspensión de bacterias en un entorno ligeramente

ácido. La mayoría de la lixiviación tiene lugar en estos reactores. Cuando el concentrado

se añade en los reactores primarios, el material parcialmente oxidado fluye en los

reactores de la etapa secundaria donde se produce la oxidación final.

A continuación, el material lixiviado fluye desde los reactores secundarios en los tanques

de espesantes para la separación de sólido y líquido, que se lleva a cabo normalmente en

unos circuitos de decantación a contracorriente (CCD). El sólido va a la recuperación de

metales preciosos después de lavarse. La solución de biolixiviación se neutraliza con

caliza y los sólidos se eliminan mediante la separación. Finalmente la solución

- 33 -

neutralizada va a la extracción electrolítica. El refinado se recicla en los reactores de

biolixiviación.

6. BioCOP

El proceso BioCop está siendo desarrollado y comercializado por BHP/Billiton. Una

planta piloto (70 kg/d) ha estado operando como un desarrollo conjunto entre Bioliton y

Codelco en la operación de Chuquicamata en Chile desde finales de 1997.

El proceso BioCop hace esencialmente lo mismo que el proceso de BacTech, pero utiliza

una cepa diferente de bacterias. El diagrama de flujo se ha mostrado en la Figura 2.24. Es

el mismo que el de la Figura 2.23. Sin embargo, los procesos específicos varían,

dependiendo de la mezcla del concentrado y de la circunstancia local. Esto es cierto para

todos los procesos considerados en la hidrometalurgia.

Figura 2.24 Diagrama de flujo de BiCOP

El proceso BioCop generalmente incluye los siguientes pasos:

El concentrado del sulfuro de cobre se oxida biológicamente en unos reactores

donde hay los tanques agitados bajo una temperatura de 45 °C o 65-86 °C.

Mientras que 10%-20% de los sólidos va a producir suspensión que contiene

sulfato soluble de cobre.

- 34 -

Separar sólido y líquido de la suspensión para producir una solución rica en cobre.

Extraer disolvente de la solución para la siguiente extracción electrolítica.

Reciclar al menos parte del refinado de la extracción para la etapa de

biolixiviación.

Recuperar metales preciosos de los sólidos lavados de biolixiviación.

7. Oxidación a presión total

Este proceso implica la oxidación completa del concentrado de cobre en una autoclave

utilizando oxígeno a 220 ° C y una sobrepresión de oxígeno de 690 kPa. Tal como muestra

en la Figura 2.25. Se baja la presión de la suspensión de autoclave a la atmosférica. Luego

se somete a la separación de sólido y líquido en unos circuitos de decantación a

contracorriente (CCD) donde el residuo se lava para recuperar el cobre lixiviado a la

solución de producto. La recuperación de cobre se hace en la solución débilmente ácida

por la extracción electrolítica.

Figura 2.25 Diagrama de flujo de Oxidación a presión total

- 35 -

El residuo lavado de lixiviación va a la recuperación de metales preciosos (hervir caliza

y cianuración). El refinado se neutraliza con caliza antes de ser reciclado al circuito lavado

de CCD. Además, el uso de oxígeno y el mantenimiento de la alta temperatura para oxidar

azufre son costoso, Dreisinger (1998) sugiere que este tratamiento de la oxidación a

presión total puede ser deseable en algunas circunstancias seleccionadas.

Pirometalúrgia del Cobre

La mayoría de los concentrados de sulfuros de cobre producidos en todo el mundo se

tratan en los complejos de fundición y refinería. Aunque se ha desarrollado bien, aún tiene

una serie de desventajas, tales como el alto coste de capital de las nuevas instalaciones y

las preocupaciones ambientales sobre las emisiones de dióxido de azufre. A pesar de estos

inconvenientes, la fundición es un proceso relativamente eficiente. Además, se ha hecho

mejor en los últimos años, por ejemplo, la fusión flash. Para comparar con esas maneras

hidrometalúrgicas mencionadas anterior, en este estudio, utilizamos la fusión flash como

una representante de las maneras pirometalúrgicas.

El diagrama de flujo de la fusión flash se muestra en la Figura 2.26. El concentrado de

cobre primero se seca y luego se introduce en el horno de fusión junto con el concentrado

de escoria recirculada y material fundente. Los gases de escape del horno van a una

caldera de calor residual, donde la temperatura de los gases se reduce de unos 1300 °C a

350-400 °C. La energía recuperada se utiliza para generar vapor de agua (60-70 atm).

Después, se limpia en los precipitadores electrostáticos y una sección de lavado en

húmedo antes de ir a la planta de ácido.

- 36 -

Figura 2.26 Diagrama de flujo de la Fusión Flash

El mate producido en el horno, contiene típicamente 60-65% Cu, se alimenta en el horno

convertidor junto con el fundente. Aire enriquecido con oxígeno se utiliza en este horno

así como en el horno flash. Los gases de escape del horno convertidor se trata de una

manera similar a la del horno flash. La escoria junto con la del horno flash van al

concentrador de escoria y después se recirculan al horno flash.

El cobre blíster desde el horno convertidor se alimenta a un horno de ánodo en el que el

azufre se oxida en un período corto de oxidación. Finalmente el oxígeno del cobre anódico

se reduce utilizando gas natural antes de la fundición de los ánodos. El cobre anódico

pasa por la electrorefinación para producir cobre refinado (99,9% de cobre).

2.4 Minería sostenible del cobre

El cobre es una materia prima totalmente reciclable y por lo tanto una fuente renovable

para nuestro futuro. Siendo el cobre prácticamente indestructible, permite ser totalmente

reciclado sin perder ninguna de sus prestaciones.

Cuando los productos de cobre llegan al final de su vida útil, el metal sigue manteniendo

íntegras sus propiedades físico-químicas y puede por lo tanto ser totalmente reciclado

para convertirse otra vez en una nueva materia prima, contribuyendo de este modo a

preservar los recursos naturales mundiales.

- 37 -

Se estima que aproximadamente un 80% del cobre explotado a lo largo de la historia está

todavía hoy en uso, después de haber sido refundido y transformado en diversas ocasiones,

contribuyendo a conservar los recursos minerales disponibles.

Para destacar la importancia del reciclaje cabe recordar que:

1. El cobre es un metal reciclable al 100%.

La óptima organización actual en el circuito de reciclaje de productos de cobre (con una

amplia red de puntos de colecta) junto con el alto rendimiento del material reciclado

resultante, contribuye al éxito de la recuperación y reutilización del cobre, siendo uno de

los metales más reciclados. En Europa, el porcentaje de recuperación de cobre a partir de

productos al final de su vida útil y reutilizada en procesos productivos, se estima en un

70% del total potencial disponible.

2. El cobre reciclado tiene las mismas características químicas, físicas y tecnológicas que

el cobre primario. En consecuencia, no sufre ni pérdidas de rendimiento ni tiene

limitaciones para ser reutilizado.

3. La producción europea de semielaborados de cobre proviene en un 50 % de productos

reciclados.

El reciclaje de chatarra constituye un elemento fundamental en la producción de

semielaborados de cobre: exceptuando el alambrón, su peso en la producción de

semielaborados de cobre es equiparable al de la materia prima virgen (cátodos), alrededor

de un 50%, siendo en algunos sectores aún más elevado; en el caso de las barras de latón,

la chatarra puede suponer hasta un 80-90% del total de la materia prima utilizada.

4. Los desechos de cobre son una fuente de recursos

El reciclaje del cobre permite ahorrar un 85% de la energía necesaria para producir el

metal primario (fuente: Bureau of International Recycling)

5. Reciclar ayuda al medio ambiente

Ya que permite reducir:

Las emisiones ligadas a procesos de extracción y refinado del cobre primario

El volumen de desechos sólidos y los costes y problemas derivados de su

eliminación

5. El cobre recuperado es “la auténtica mina de Europa”

La recuperación compensa la falta de minas de cobre en Europa y por tanto la dependencia

de nuestra industria de las importaciones de materia prima. Los productos que utilizamos

a diario contienen millones de toneladas de cobre que podrá ser reutilizado al final del

- 38 -

ciclo de vida de los mismos, convirtiéndose en un nuevo recurso disponible para nuestro

futuro.

6. Material reciclado

Debido a que el metal recuperado proviene de desechos de fabricación de productos

semielaborados (y no del metal contenido en el material en desuso), se establece una

fuerte sinergia entre los fabricantes de semielaborados y las industrias que los utilizan,

que tiene como resultado un sistema más competitivo.

- 39 -

3 Metodología

3.1 Análisis de ciclo de vida

Desde la perspectiva de los negocios sustentables, un análisis de ciclo de vida (LCA en

inglés) es una herramienta de diseño con la que investiga y evalúa los impactos

ambientales de un producto o servicio durante todas las etapas de su existencia. En el caso

del cobre, se incluye exploración, extracción, fundición y producción etc.

El análisis del ciclo de vida (ACV), también llamado evaluación del ciclo de vida (ECV),

es una metodología empleada en el estudio del ciclo de vida de un producto y de su

proceso de producción. Con el auge del ecodiseño, este enfoque ha ido integrando con

más frecuencia diferentes criterios y parámetros de evaluación del impacto ambiental.

En este proceso, se evalúa el impacto potencial sobre un producto, procesos o actividad a

lo largo de todo su ciclo de vida mediante la cuantificación de los recursos (entradas) y

emisiones ambientales (salidas). Generalmente, consideramos varias partes tales como el

suministro de las materias primas necesarias para fabricar, transporte de materias primas,

la fabricación de intermedios y, por último, el propio producto, incluyendo envase, la

utilización del producto y los residuos generados por su uso.

El ciclo de vida de un producto (como un lingote de cobre) o una actividad (refinar cobre)

está formado por dos tipos de sistemas, que revisten un interés especial para los

evaluadores ambientales. Los estudios de ACV se realizan con la finalidad de responder

a determinadas preguntas, y son esas preguntas las que conforman el diseño del estudio.

Una de estas preguntas podría ser: ¿Qué diferencia existe entre el posible impacto

ambiental de un producto nuevo y otros productos ya existentes en el mercado?

Los productos de cobre producen impactos en el medioambiente a lo largo de todas las

etapas de su vida útil, comenzando por la extracción de las materias primas y su transporte,

el consumo de energía necesario para la fundición y refino, los movimientos de tierra,

consumos energéticos y residuos que se producen durante la fabricación de los productos,

su mantenimiento y finalmente su reciclaje, así como la disposición final de todos sus

elementos al final de su vida útil. Además, todas estas etapas de la vida del cobre están

fuertemente interrelacionadas, de modo que los impactos en una de las etapas condicionan

los impactos de las etapas siguientes.

A pesar del elevado impacto energético y ambiental que presenta el cobre en su fase de

uso, es imprescindible también analizar el resto de fases del ciclo de vida, con el objetivo

de poder contemplar todas las oportunidades de mejora, tanto actuales como futuras. En

este sentido, hay que tener en cuenta que la aplicación del actual marco normativo forzará

necesariamente una disminución de los impactos en la etapa de uso del cobre, aumentando

- 40 -

el peso relativo de las restantes etapas que forman parte del ciclo de vida del cobre,

especialmente en lo referente al impacto de las etapas de fundición.

Por todo ello, la reducción del impacto medioambiental del cobre requiere la aplicación

de metodologías de evaluación de impacto adecuadas, de carácter global, y que incluyan

todas las etapas de la vida de la producción de cobre.

Según la Comisión Europea [COM (2003) 302; COM (2005) 666; COM (2005) 670 y

COM (2008) 397], en la actualidad, la metodología del Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

constituye el mejor marco disponible para evaluar los impactos ambientales potenciales

de cualquier tipo de actividad, producto o servicio sin límites geográficos, funcionales o

temporales, ya que se examinan todos los procesos seguidos por las materias primas,

desde su extracción, transformación y uso hasta su retorno a la naturaleza en forma de

residuos (Ver en la Figura 3.1). Por tanto, una ventaja clara del ACV es que permite

detectar situaciones en las que un determinado producto o un servicio parecen más

ecológico que otro simplemente porque transfiere cargas ambientales a otros procesos o

zonas geográficas, sin que se produzca una mejora real desde el punto de vista global.

Figura 3.1 Ciclo de vida de un producto

En fin, el ACV permite dar una respuesta clara para cada etapa de la producción de cobre,

a cuestiones tales como: ¿qué estructura es más respetuosa con el medioambiente cuando

hace la extracción subterránea?, ¿qué fuentes energéticas son las más adecuadas?, ¿en

cuánto se reduce el impacto medioambiental al instalar sistemas renovables como plantas

- 41 -

de paneles fotovoltaicos, aerogeneradores de alta potencia y central nuclear?, ¿qué

objetivos medioambientales es posible plantear para la producción de cobre? y ¿cuál es

el grado de cumplimiento de dichos objetivos medioambientales?

La metodología general del ACV consta de cuatro fases, si bien es posible realizar

estudios simplificados, en los que se elimine alguna de ellas:

1. Definición de objetivos y alcance, donde se establece la finalidad del estudio, los

límites del sistema a evaluar, los datos necesarios y otras hipótesis.

2. Análisis de inventario, donde se cuantifican todos los flujos de energía y de

materiales que entran y salen del sistema durante todo su ciclo de vida.

3. Evaluación de los impactos ambientales derivados de los flujos de energía y

materiales recopilados en el inventario y que son clasificados según los efectos

ambientales que pueden generar.

4. Interpretación, donde los resultados de las fases precedentes son analizados

conjuntamente, en consonancia con los objetivos del estudio, con objeto de

establecer las conclusiones y recomendaciones finales.

3.2 Introducción a SimaPro

SimaPro es una herramienta profesional para el cálculo de los impactos ambientales,

sociales y económicos, asociados a una producto o servicio a lo largo de todo su ciclo de

vida, con aplicación al ecodiseño, al desarrollo de ecoetiquetas, al cálculo de huellas de

carbono o huellas hídricas, entre otros. Es el software de Análisis del Ciclo de Vida de

referencia en todo el mundo, con usuarios en más de 60 países y desarrollado por la

consultora holandesa Pré Consultants. Tiene las siguientes características:

1. Interfaz de usuario intuitiva basada en las fases de desarrollo de un ACV según la

metodología ISO 14040 para la evaluación de los impactos medioambientales de un

producto o proceso.

2. Amplias funcionalidades de análisis:

Fácil identificación de oportunidades de mejora de productos o procesos gracias

a la posibilidad de evaluar los impactos de las diferentes etapas del modelo y su

contribución al impacto global.

Comparativa entre varios productos o procesos.

Obtención de resultados gráficos (diagramas de barras, de flujos, de árbol, etc.) y

resultados numéricos en forma de tabla exportables a Excel.

Amplias opciones de filtrado para la visualización de los resultados.

3. Opciones avanzadas:

Enlace directo con Excel u otras aplicaciones externas.

- 42 -

Uso de parámetros para el análisis de diferentes escenarios.

Evaluación de incertidumbre de los resultados mediante análisis de MonteCarlo.

4. Adaptabilidad: el usuario puede incluir nuevas metodologías de evaluación o adaptar

las existentes, así como incluir o modificar datos de productos o procesos según las

necesidades, con datos propios o con datos de bases de datos de referencia.

5. Evaluación socio-económica: complementario a la evaluación ambiental, el programa

permite realizar estudios Life Cycle Costing y Social-ACV. Análisis de los impactos

económicos y sociales de un producto o servicio a lo largo de todo su ciclo de vida.

En este estudio, utilizamos SimaPro como una herramienta del análisis de ciclo de vida

del cobre.

3.3 Metodología

ReCiPe es el sucesor de los métodos Eco-indicador 99 y CML-IA. El objetivo al inicio

del desarrollo era integrar el “método orientado a los problemas” de CML-IA y el

“método orientado a los daños” de Eco-indicador 99. El “método orientado a los

problemas” define las categorías de impacto a nivel del punto medio. En este método la

incertidumbre de los resultados es relativamente baja. El inconveniente de esta solución

es que las categorías diferentes de impacto hacen que las conclusiones de los resultados

obtenidos sean más complicados. El “método orientado a los daños” solo resulta en tres

categorías de impacto, que hacen que la interpretación de los resultados sea más sencilla.

Sin embargo, la incertidumbre en los resultados es mayor. ReCiPe implementa los dos de

ellos como tantos puntos medios (orientado a los problemas) y tantos puntos finales

(orientado a los daños). Los factores de la caracterización de punto medio se multiplican

por los factores de los daños para conseguir los valores de la caracterización de punto

final.

ReCiPe comprende dos conjuntos de las categorías de impacto asociados con los factores

de caracterización. A nivel del punto medio, tiene 18 categorías de impacto:

1. Agotamiento del ozono

2. Toxicidad humana

3. Radiación ionizante

4. Formación de oxidantes fotoquímicos

5. Formación de partículas

6. Acidificación terrestre

7. Cambio climático

8. Ecotoxicidad terrestre

9. Ocupación del suelo agrícola

10. Ocupación del suelo urbano

11. Transformación del suelo natural

- 43 -

12. Ecotoxicidad marina

13. Eutrofización marina

14. Eutrofización del agua dulce

15. Ecotoxicidad del agua dulce

16. Agotamiento de los combustibles fósiles

17. Agotamiento de los minerales

18. Agotamiento del agua dulce

A nivel del punto final, la mayoría de estas categorías de impacto del punto medio se

multiplican por los factores de daños y agregan a tres categorías del punto final.

1. La salud humana

2. Ecosistemas

3. Costos excedentes de recursos

Las tres categorías del punto final se normalizan, se ponderan, y agregan en una sola

puntuación. La Figura 3.2 enseña las relaciones entre los parámetros de los inventarios

del ciclo de vida (el lado izquierdo), las 18 categorías del punto medio (centro), las 3

categorías del punto final, y la puntuación individual (lado derecho).

Demanda de Energía Acumulada

El método para calcular la demanda de energía acumulada (CED, Cumulative Energy

Demand) se basa en el método publicado por Ecoinvent versión 1.01 y ampliado por PRé

para los recursos energéticos disponibles en la base de datos de SimaPro.

Los factores de caracterización para los recursos energéticos se dividen en 5 categorías

de impacto:

1. No renovables, fósiles

2. No renovable, nuclear

3. Renovables, la biomasa

4. Renovables, eólica, solar, geotérmica

5. Renovables, agua

La normalización no es una parte de este método. Con el fin de obtener la demanda de

energía total, cada categoría de impacto se da el factor de ponderación 1.

- 44 -

Figura 3.2 Relaciones entre los inventarios, las categorías del punto medio, las categorías del punto

final y la puntuación individual (Fuente: SimaPro)

3.4 Alcance del estudio

Frontera del sistema

La frontera del sistema considerada fue desde la extracción del mineral de la tierra hasta

la producción de cobre refinado. El proceso general se subdividió en las etapas de

procesamiento que se indican a continuación. Las dos primeras etapas son comunes para

todos los procesos de la producción de cobre, la última etapa se dividió en dos para la

fundición:

Extracción del mineral

Mineralurgia

Procesos metalúrgicos

Sin embargo, el producto de metal refinado del proceso Intec es en forma de dendritas de

cobre, mientras que los productos de los otros procesos son en forma de láminas catódicas

de cobre. Por lo tanto, los productos no son todos idénticos como lo requerido de la

metodología de ACV.

- 45 -

Si el producto de Intec, dendritas de cobre, pudiera venderse sin tratamiento adicional,

sería más probable que una fusión y fundición se necesitaran para que los productos

fueran en las formas de las que tuvieran valor agregado. Por otra parte, la hoja de cobre

catódico de los otros procesos (hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos) podría venderse en

forma inalterada, pero aún requeriría fusión en algún momento. Debido a este problema,

es mejor que se comparen los dos casos distintos (uno con fusión y otro sin fusión). Sin

embargo, para que sea más sencillo la interpretación del estudio, se considera todos los

casos con fusión.

Impactos ambientales

Las categorías de impacto ambiental informados para cada proceso considerado en el

estudio fueron los 18 de ReCiPe, que han enseñado en la sección anterior. Además, el

consumo total de energía también se informó para cada proceso.

Unidad funcional

La unidad funcional del estudio fue 1 kg de metal de cobre refinado, o 1 Pt (unidad de

Eco-indicador). Los valores Eco-indicador estándar pueden ser considerados como cifras

adimensionales. Como el nombre que usamos, el punto Eco-indicador (Pt). En las listas

de Eco-indicador se utiliza generalmente el punto de mili unidad (mPt), y 1 mPt = 0.001Pt.

El valor absoluto del punto no es muy relevante ya que el propósito principal es para

comparar las diferencias relativas entre los productos o componentes. La escala se elige

de tal manera que el valor de 1 Pt representa una milésima de la carga ambiental anual

promedio por habitante europeo.

Procesos considerados

Los ocho procesos considerados en la comparación de la ACV son:

1. Intec.

2. CESL.

3. Dynatec.

4. Activox.

5. BacTech.

6. BioCOP.

7. Oxidación a presión total.

8. Fusión flash

Las descripciones breves se han mostrado en la sección 2.3.3.

- 46 -

3.5 Supuestos e inventario

Los datos utilizados para cada procesos se verificaron con más de una fuente si es posible

(T E Nrogate, 2001). El alcance, los datos, las hipótesis utilizadas de los procesos de

producción de cobre se realizaron por CSIRO Minerales, y bajo los términos y

condiciones de CSIRO Minerales Cotización Nº 32148 (02 de agosto 2001). Los datos y

sus fuentes se resumieron en la Tabla 3.2.

Los siguientes supuestos se hicieron en la realización del estudio:

La mina y el concentrador están cerca, por lo tanto el transporte de mineral entre las dos

instalaciones se puede ignorar.

La planta de procesamiento hidrometalúrgico se encuentra en o cerca del sitio de la mina,

por lo tanto el transporte de concentrado entre las dos instalaciones se puede ignorar

Dado que aproximadamente la mitad de la producción de cobre del mundo se produce en

las fundiciones integradas (Brook Hunt, 2000) que presumiblemente implica el transporte

mínimo de concentrado. Sin embargo, la otra mitad se cotizan en el mercado mundial y

se necesitan hacer el transporte de concentrado. Generalmente, se transportan por dos

maneras: por tren o por mar. En este estudio, se supone que tiene 500 kilómetros por tren

el proceso de fusión flash.

Electricidad se produce por varios fuentes, en el estudio se base en el promedio del

abastecimiento del año 2014 en España. Se ha mostrado en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1 Porcentaje de cada fuente de electricidad en España (REE, 2014)

Fuente de electricidad Porcentaje

Energía hidroeléctrica 16,09%

Gas Natural Y Crudo 2,50%

Nuclear 21,51%

Energía eólica 19,13%

Importado 23,34%

En el proceso hidrometalúrgico cualquiera neutralización de ácido se ha hecho con caliza,

no por ningún material de ganga que consume ácido posible.

Los datos de concentrado de cobre que se han usado en el estudio son:

25% Cu

30% S

0.01% Ag

0.001% Au

- 47 -

Tabla 3.2 Datos de inventarios utilizados en el estudio de ACV

Etapas Procesos Inventario Referencia

Extracción

Diesel 0.002 t/t mineral Molinia (1993), Westcott & Hall (1993)

Electricidad 13 KWh/t mineral Molinia (1993)

Drenaje de minas 0.78 t/t mineral Leahy (1993

La roca estéril 0.18 t/t mineral Leahy (1993)

Molturación Electricidad 31 KWh/t mineral Various sources

Medio de molturación 0.001 t/t mineral Watters (1993)

Fusión de Cobre

Intec Proceso

Caliza 160 kg/t Cu Houllis (2001)

133 kg/t S

Cal 20 kg/t Cu Houllis (2001)

Ácido clorhídrico 10 kg/t Cu Houllis (2001)

Ácido sulfurico 10 kg/t Cu Houllis (2001)

Nitrógeno 20 kg/t Cu Houllis (2001)

Carbono 0,75 kg/t Cu Houllis (2001)

Cloruro de sodio 20 kg/t Cu Houllis (2001)

Bromuro de sodio 2 kg/t Cu Houllis (2001)

Aire 3340 kg/t S Dreisinger (1998)

Gas natural 73 kg/t Cu Houllis (2001)

Electricidad 535 KWh/t Cu Houllis (2001)

EW Electricidad 1650 KWh/t Cu Houllis (2001)

CESL

Proceso

Caliza 320 kg/t S Dreisinger (1998)

Oxigéno 740 kg/t S Dreisinger (1998), Jones & Hestrin (1998), Jones (1999)

Ácido sulfurico 33 kg/t Cu Dreisinger (1998), Jones (1996)

Ácido clorhídrico 1 kg/t Cu Dreisinger (1998);

Gas natural 5 kg/t Cu Jones (1999)

Electricidad 900 KWh/t Cu Jones (1999), Dreisinger (1998), Jones (1996)

Recuperación PM

Cal 61 kg/t Cu Mean of Dynatech and Total Presssure Oxidation processes

Cianuro de sodio 9 kg/t Cu Mean of Dynatech, Bactech, Activox and Total Presssure Oxidation processes

Gas Natural 42 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

- 48 -

Acivox

Proceso

Caliza 240 kg/t S Dreisinger (1998)

Oxígeno 670 kg/t S Dreisinger (1998)

Ácido sulfúrico 0 kg/t Cu

Gas natural 0 kg/t Cu

Electricidad 1900 KWh/t Cu Evans (1999)

Recuperación PM

Cal 61 kg/t Cu Mean of Dynatech and Total Presssure Oxidation processes

Cianuro de sodio 15 kg/t Cu Corrans et. al. (1995), Dreisinger (1998)

Gas natural 93 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

BacTech

Proceso

Caliza 390 kg/t S Dreisinger (1998)

Aire 16360 kg/t S Dreisinger (1998)

Ácido sulfúrico 0 kg/t Cu

Gas natural 0 kg/t Cu

Electricidad 1435 KWh/t Cu Dreisinger (1998), Miller and Winby (1997)

Recuperación PM

Cal 61 kg/t Cu Mean of Dynatech and Total Presssure Oxidation processes

Cianuro de sodio 10 kg/t Cu Miller (1999)

Gas natural 93 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

Dynatech

Proceso

Caliza 1180 kg/t S Dreisinger (1998)

Oxígeno 1230 kg/t S Dreisinger (1998)

Carbón 25 kg/t Cu Buban & Collins (1997)

Ácido sulfúrico 0 kg/t Cu

Gas natural 0 kg/t Cu

Electricidad 1088 KWh/t Cu Dreisinger (1998), Houllis (2000)

Recuperación

PM

Cal 45 kg/t Cu Collins et. al. (2000), Barta et. al. (1999)

Cianuro de sodio 4 kg/t Cu Collins et. al. (2000), Barta et. al. (1999)

Gas natural 93 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

- 49 -

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

Oxidación a presión

total

Proceso

Caliza 3420 kg/t S King & Dreisinger (1995)

Oxigeno 2200 kg/t S Dreisinger (1999), Dreisinger (1998), King & Dreisinger (1995)

Ácido sulfúrico 0 kg/t Cu

Gas natural 0 kg/t Cu

Electricidad 1675 KWh/t Cu Dreisinger (1998), Houllis (2000)

Recuperación PM

Cal 77 kg/t Cu Dreisinger & Saito (1999), King & Dreisinger (1995)

Cianuro de sodio 6 kg/t Cu King et. al. (1993), King & Dreisinger (1995)

Gas Natural 93 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

BioCOP

Proceso

Caliza 2390 kg/t S Dreisinger (1998)

aire 16360 kg/t S Dreisinger (1998)

Ácido sulfúrico 0 kg/t Cu

Gas natural 0 kg/t Cu

Electricidad 1667 KWh/t Cu Dreisinger (1998)

Recuperación PM

Cal 61 kg/t Cu Mean of Dynatech and Total Presssure Oxidation processes

Cianuro de sodio 31 kg/t Cu Loayza et al (1996)

Gas natural 93 kg/t Cu Jones (1999), Houllis (2000)

Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (1999, 2001)

SX Electricidad 200 KWh/t Cu Jones (2001)

EW Electricidad 2100 KWh/t Cu Jenkins et al (1999)

Fusión flash

Fusión y conversión

Gas natural 24 kg/t Cu Kojo & Hanniala (2001), Houllis (2001), Krag (1993)

Carbón 17 kg/t Cu Ishikawa (1998), Lee et al (1999)

Crudo 7 kg/t Cu Kojo & Hanniala (2001), Gonzalez & Ruiz (1999)

Electricidad 1143 kg/t Cu Kojo & Hanniala (2001), Houllis (2001)

Oxígeno 834 kg/t Cu Various sources

silicon 130 kg/t Cu Various sources

Caliza 21 kg/t Cu Various sources

Refino

Electricidad 323 KWh/t Cu Biswas & Davenport (1994), Houllis (2001)

Vapor 230 kg/t Cu Houllis (2001), Norgate & Rankin (2000)

- 50 -

La ley de mineral de cobre es 0.01.

La recuperación de cobre en el concentrador es 93,7% (MIM (1998))

La recuperación de plata a lo mejor no se incluye en el diagrama de flujo preferido por algunas

empresas que desarrollaron procesos de la hidrometalurgia. Pero se ha incluido aquí para que sean

comparable los procesos.

Un pretratamiento con cal en ebullición es necesaria para lograr una alta recuperación de plata por

cianuración (Collins et. al. 2000)

Todos los procesos de biolixiviación requieren molienda fina. Así se puede alimentar concentrado

a esos procesos para satisfacer la recuperación de cobre.

La recuperación de SO2 en la fundición ácida es 99%.

- 51 -

4 Resultados y discusiones

Los diversos procesos de la hidrometalurgia considerados en este estudio se encuentran

en las etapas diferentes del desarrollo. Por ejemplo, los datos disponibles en la literatura

variaron mucho y no eran muy detallados para cualquiera de los procesos. Esto

significaba que una serie de hipótesis y aproximaciones había que hacer para establecer

una tabla de inventarios para cada proceso, sobre todo para las entradas de electricidad y

combustibles fósiles. Además, los datos para los diferentes procesos eran específicos y

fuertemente dependiente de la concentración de la mineralogía.

Por esta razón, se subraya que los resultados del ACV que se han presentado en este

estudio no se deben considerar como los resultados definitivos de los diferentes procesos,

sino más bien como las primeras estimaciones para los distintos procesos. Por lo tanto las

clasificaciones relativas de los diversos procesos podrán cambiar cuando los datos de

operación se puedan obtener más detallados o los procesos se desarrollen más. Además,

todos los datos utilizados publicados o proporcionados por las diversas empresas para sus

respectivos procesos se aceptaron por CSIRO Minerales

4.1 Resultado de ReCiPe

Tras simular la fabricación de cobre con el programa SimaPro, se obtienen fácilmente los

resultados. En este estudio, para analizar el ciclo de vida del cobre se han usado dos

metodologías, uno es ReCiPe y el otro es CED. El resultado de ReCiPe que se ha

mostrado en la Figura 4.1.

Como se observa en la Figura 4.1, hay cinco impactos, representan el 97,2% de todos los

impactos, que son mayores que los restos. El primero es el impacto del cambio climático

y la salud humana (34,6%), seguido son agotamiento de fósiles (26,0%), cambio

climático del medio ambiental (21,9%), formación de partículas (12,0%), toxicidad

humana (2,6%). El cambio climático es una amenaza emergente considerable para la

salud pública y modifica la manera en que debemos considerar la protección de las

poblaciones vulnerables. Es decir, en la fabricación de cobre, tenemos que tener más

cuenta en este impacto.

- 52 -

Figura 4.1 El resultado de ReCiPe

Figura 4.2 Flujo de la contribución de cada etapa (el cambio climático y la salud humana)

- 53 -

La Figura 4.2 muestra que en el impacto del cambio climático y la salud humana el

proceso metalúrgico (proceso de Intec) contribuye el 67,5% del impacto total. El proceso

de extracción del mineral representa el menos, solo el 11,5%. El mismo resultado se

observa en la Figura 4.1.

Además, aunque en la Figura 4.1 presenta que normalmente el proceso metalúrgico

representa más porcentaje del impacto. Pero en el de agotamiento de fósiles, se observa

que la extracción del mineral representa más. Ya que en la extracción del mineral, se

necesita más combustibles fósiles como el fuente de energía, tal como operaciones

mecánicas.

4.2 Resultado de CED

Tras calcular el ciclo de vida del cobre por el método CED, se puede obtener todas las

demandas de energía acumulada de cada etapa. El resultado se ha mostrado en la Figura

4.3. En este estudio, el cálculo de la demanda de energía se basa en la producción de una

tonelada de cobre.

Figura 4.3 Demanda de energía acumulada de las principales etapas de la producción de cobre

- 54 -

En la Figura 4.3 muestra que mineralurgia supone el mayor consumo de energía (28,5

MJ), seguido de la extracción de minerales (23,5 MJ) y del proceso metalúrgico en esta

tesis hemos seleccionado el proceso Intec (25,7 MJ). Como se puede observar, en total

se consume alrededor de 77,8 MJ de energía para producir una tonelada de cobre.

Aproximadamente cada una de las tres etapas consideradas consume un tercio de la

energía total. Por tanto, se puede afirmar que todas las etapas tienen un peso relativo

similar en cuanto a consumo de energía, si bien, como se presentó anteriormente,

presentan diferencias significativas en el análisis del impacto del cambio climático y la

salud humana.

La Figura 4.4 presenta la demanda de energía acumulada de cada fuente. Debido a que el

porcentaje de cada fuente de electricidad se puso según los datos estadisticos de España

2014. Se observa que la energía de los combustibles fósiles representa la mayor parte del

comsumo total. Además, hemos sabido que los fósiles son no renovales y pueden producir

más impacto ambiental. Por lo tanto, si pudiera cambiar la combinación de electricidad

para que representaran menos los combustibles fósibles, se podría tener menos impacto

ambiental. Y además, la producción de cobre podría ser más sostenible y amigable con el

medio ambiente.

En la Figura 4.4, teniendo en cuenta que la extracción del mineral consume más

combustibles fósiles, y representa el 42,1% de lo comsumido total, seguido de metalurgia

de Intec y mineralurgia representan respectivamente el 32,4% y el 25,5%. Se puede

observar que la energía nuclear ocupa el segundo lugar del consumo de la energía total.

La mineralurgia representa el 46,7%, ya que cuando se hace molturación y flotación de

cobre, necesita bastante electricidad. Y entre ellos, la electricidad nuclear juega un papel

importante. Además, la metalurgia de Intec y la mineralurgia representan respectivamente

33,5% y 19,8%.

- 55 -

Figura 4.4 Demanda de energía demanda de varias fuentes

4.3 Comparación de las fuentes de electricidad

Debido a la estructura del abastecimiento de electricidad, unos de los impactos

ambientales no se evitan, a menos que cambiamos abastecimiento de electricidad. Con

este motivo, esta sección vamos a discutir cómo mejora el abastecimiento de electricidad.

Dependiendo del supuesto que se hizo en la sección 3.5, las fuentes de electricidad son

los siguientes: Energía hidroeléctrica, Gas Natural Y Crudo, Energía nuclear y Energía

eólica. Ahora nuestro objetivo es cambiar el porcentaje de cada fuente para que podamos

valorar cuál de las fuentes tiene menos impacto. Además, según la situación real, con ese

resultado podríamos dar unas recomendaciones.

Para que sea más práctico, elegimos el proceso metalúrgico como el objeto del análisis.

Ya que tiene más impacto ambiental que los restos. Además, en la sección 4.1, el cambio

climático y la salud humana, agotamiento de fósiles, cambio climático del medio

ambiental , formación de partículas y toxicidad humana son los impactos principales, con

lo cual el resto se ignora. El resultado se ha mostrado en la Figura 4.5.

- 56 -

Figura 4.5 Comparación entre las fuentes de electricidad para la metalurgia de Intec

Aparentemente, en la Figura 4.5 se observa que energía eólica, energía hidroeléctrica y

energía nuclear tienen menos impacto. En cuanto al impacto del cambio climático y la

salud humana, la energía hidroeléctrica supera un poco a la eólica y la nuclear, pero tiene

la menor toxicidad humana. Comparado con la nuclear, ya que no tiene radiación.

En referencia al agotamiento de combustibles fósiles, lógicamente los dos tipos de energía

fósil gas natural y carbón tienen un impacto mucho mayor que el resto. Debido a que

gas natural tiene la eficiencia más alta de combustión que carbón, se consume menos.

Asimismo, como el producto de la combustión de gas natural solo tiene CO2 y agua, la

formación de partículas solo se produce por la combustión de carbón.

Además, una cosa interesante que se nota en la Figura 4.5 es que generalmente la energía

de gas natural tiene más impacto que la eólica, pero en la comparación de toxicidad

humana tiene menos impacto. Aunque cuando se genera electricidad, solo se utiliza la

energía eólica, a lo mejor es que en la producción se produce algo tóxico.

- 57 -

En resumen, si pudiera utilizar la energía eólica, la hidroeléctrica y la nuclear cuanto

posible para producir electricidad, el impacto de la metalurgia de cobre sería menos que

ahora, y el impacto de producción también sería menos.

4.4 Comparación de los procesos metalúrgicos

Dependiendo del resultado de la sección 4.1, tenemos en cuenta de que el proceso

metalúrgico provoca más impacto ambiental que el resto. En la sección 2.3.3, se han

contado 8 tipos del proceso metalúrgico. Para saber cuál de ellos es más sostenible y

consume menos energía, se hace un análisis bajo dos metodologías (ReCiPe y CED).

Generalmente, si hacen análisis a punto final, tienen 18 categorías. Sin embargo, no todas

las categorías tienen la misma importancia. Se hace lo mismo como la sección anterior

como se ignoran el resto salvo el cambio climático y la salud humana, agotamiento de

fósiles, cambio climático del medio ambiental , formación de partículas y toxicidad

humana.

Figura 4.6 Comparación de los procesos metalúrgicos (ReCiPe)

- 58 -

La Figura 4.6 presenta el resultado de la comparación de los procesos metalúrgicos bajo

el método ReCiPe. Tal como se puede observar, el cambio climático y la salud humana,

que se provoca más comparado con el resto. El segundo es agotamiento de fósiles. La

toxicidad humana relativamente es el menor impacto.

Entre los procesos metalúrgicos, el proceso de Intec y la fusión flash, provocan menos

impacto ambiental. Y entre cuadro de los cinco impactos la fusión flash tiene menos

impacto. Es decir el proceso pirometalúrgico funciona mejor que el hidrometalúrgico. En

el análisis del impacto del cambio climático y la salud humana, si suponemos que el valor

de impacto ambiental de la fusión flash es 1, el del proceso Intec es 1,006, y los restos,

salvo la oxidación a presión total, son de 1,2 a 1,4. La oxidación a presión total tiene el

mayor impacto, 1,64. Si se revisa su ambiente de producción (la sección 2.3.3), se puede

observar que se necesita una presión alta y estar lleno de oxígeno. Además, se debe hacer

bajo una temperatura alta (220℃). Todas estas condiciones consumen más energía y

provocan más impacto ambiental. Esta característica también se puede ver en el siguiente

análisis.

- 59 -

Figura 4.7 Comparación de los procesos metalúrgicos (CED)

La Figura 4.7 muestra que los fósiles representa el mayor consumo energético, seguido

de la energía nuclear. Si se comparan los dos procesos metalúrgicos (Intec y fusión flash)

que provocan menos impacto ambiental, se puede observar que representan el menor

energético. Entre estos dos, el proceso de Intec consume más energía nuclear que la fusión

flash, ya que se necesita mucha electricidad para hacer SX-EW. Con esta razón, el de

Intec consume más energía eólica y energía hidroeléctrica. Al revés, la fusión flash

necesita más recursos fósiles para fundir cobre. Sin embargo, hemos conocido que los

fósiles son no renovables. Aparentemente el proceso hidrometalúrgico, sobre todo Intec

es la mejor opción para producir cobre.

En resumen, el proceso de Intec es más sostenible que el resto.

4.5 Sensibilidad de la ley de cobre a impacto ambiental

Ley de cobre es el porcentaje de cobre que contiene una determinada muestra. Cuando se

habla de una ley del 1% significa que en cada 100 kilogramos de roca mineralizada hay

- 60 -

1 kilogramo de cobre puro. En las últimas dos décadas, la ley prodemia de cobre pasó de

1,61% a 0,87%. En el caso de Chile, la ley prodemia pasó de 0,78% a 0,68% de los años

2001-2007(la sección 2.2.2). Como Chile produce la mayoría del mineral de cobre, sus

datos se podría aplicar al caso mundial.

Figura 4.8 Comparación de varias leyes de cobre para el ciclo de vida del cobre (ReCiPe)

En la producción del cobre, la ley desempaña un papel importante. Sobre todo, en la

extracción y el tratamiento de minerales. Si la mina tiene una ley alta, significa que tiene

menos ganga y no se necesita trasladar tanto. Además, para obtener el mismo volumen

de cobre se necesita menos recursos, tales como energía, humano y máquina. Mientras el

impacto por cada unidad de cobre es menor.

La Figura 4.8 presenta la comparación de varias leyes de cobre (0.5%, 1% y 2%). Los

impactos relativamente menores se han ignorado. Teniendo en cuenta de que el aumento

de la ley puede notablemente disminuir impacto ambiental. En el impacto del cambio

climático y la salud humana, el proceso metalúrgico represente el mayor impacto. Cuando

- 61 -

la ley es 0.5%, los impactos que se provocan de la extracción del mineral y mineralurgia

respectivamente son el 34% y el 62% de lo del metalúrgico. Pero cuando la ley es 2%,

este ratio se baja mucho, que son respectivamente 8,5% y 15,5%. Aparentemente, cuando

la ley sube, el impacto baja.

Además, si se observa el agotamiento de fósiles y la toxicidad humana, se nota cuando la

ley es 0,5%, estos dos impactos se provocan por la extracción del mineral y por la

mineralurgia son mayores que el por el proceso metalúrgico. Pero cuando la ley sube

hasta 2%, se cambian y esos dos impactos son menores que el por el proceso metalúrgico.

Si se analiza el impacto de la formación de partículas, el resultado es lo mismo.

Figura 4.9 Comparación de varias leyes de cobre para el ciclo de vida del cobre (CED)

Tras calcular la metalurgia de Intec por el método CED, se puede obtener todas las

demandas de energía acumulada de cada ley. El resultado es parecido a lo que hemos

analizado en la sección 4.2. Los combustibles fósiles y la energía nuclear ocupan

- 62 -

respectivamente el primer y segundo lugar del consumo de energía. Los impactos

relativamente menores se han ignorado. Para que se vean mejor los resultados, se hace

una tabla que se ha mostrado abajo.

Tabla 4.1 Porcentaje de las demandas de energía acumulada de cada ley

Tipología Extracción Mineralurgia Metalurgia de Intec

Ley 0,005 0,01 0,02 0,005 0,01 0,02 0,005 0,01 0,02

No renovable, fósiles

50,3% 42,1% 31,8% 30,4% 25,5% 19,2% 19,3% 32,4% 48,9%

No renovable, nuclear

23,8% 19,8% 14,9% 56,1% 46,7% 35,0% 20,1% 33,5% 50,2%

Renovable, viento, solar, etc.

23,7% 19,8% 14,8% 56,3% 46,9% 35,2% 20,0% 33,3% 50,0%

Renovable, agua 23,9% 19,8% 14,8% 55,7% 46,2% 34,5% 20,5% 34,0% 50,7%

En la Tabla 4.1 se puede observar que en los procesos de la extracción y la mineralurgia

el consumo de energía de cualquier fuente disminuye cuando la ley sube. Por ejemplo,

cuando la ley es 0,005, la extracción represente el 50,3% del consumo total. Pero cuando

la ley sube hasta 0,02, se nota que el porcentaje ya es solo 31,8%.

Sin embargo, se puede observar que el porcentaje de metalurgia de Intec sube cuando la

ley sube. Ya que la ley no influencia el proceso metalúrgico, que solo depende del

porcentaje del concentrado de cobre. Por lo tanto, cuando la ley sube, el consumo de otras

etapas disminuye, el porcentaje de la metalurgia sube. Pero con ese caso, no se necesita

preocupar mucho, se podría ajustar la tipología del abastamiento de electricidad como lo

que se ha comentado en la sección 4.3.

En realidad, con la explotación de cobre, la ley de mina de cobre es cada vez más baja. Si

no cambiara el método de explotación y mineralurgia, se provocaría más impacto

ambiental por culpa de la disminución de la ley.

Con la disminución de la ley de cobre, el impacto de su producción aumenta. De acuerdo

con los resultados obtenidos, al pasar de una ley del 1% al 0.5%, el impacto de los

procesos de extracción y mineralúrgicos se duplica.

- 63 -

5 Conclusiones

Por una serie de análisis del ciclo de vida, se pueden obtener las siguientes conclusiones:

En el ciclo de vida del cobre, hay cinco impactos, representan el 97,2% de todos

los impactos, que son mayores que el resto. El primero es el impacto del cambio

climático y la salud humana (34,6%), seguido del agotamiento de fósiles (26,0%),

el cambio climático del medio ambiental (21,9%), la formación de partículas

(12,0%), la toxicidad humana (2,6%).

En general, el proceso metalúrgico representa más porcentaje del impacto total,

excepto el de agotamiento de fósiles, en el que la extracción del mineral

representa más.

Cuando la ley de la mina de cobre es 1%, los consumos de energía de las 3 etapas

(La extracción, la mineralurgia y la metalurgia) no varían mucho, respectivamente

son 23,5 MJ, 28,5 MJ y 25,7 MJ para producir un kilo de cobre puro (99,9% Cu).

Por el análisis de las demandas de energía acumulada de cada etapa, la energía de

los combustibles fósiles representa el 46,7% del consumo total, seguido de la

energía nuclear, que representa el 40,1%.

La energía eólica, energía hidroeléctrica y energía nuclear tienen menos impacto

que el resto. Si pudiera utilizar la energía eólica, la hidroeléctrica y la nuclear

cuanto posible para producir electricidad, el impacto de la metalurgia de cobre

sería menos que ahora, y el impacto de producción también sería menos.

El proceso Intec es un método metalúrgico más sostenible que el resto. La

oxidación a presión total tiene el mayor impacto, es 1,64 veces que lo que se

provoca la fusión flash, mientras que el proceso Intec es 1,006.

Con la disminución de la ley de cobre, el impacto de su producción aumenta. De

acuerdo con los resultados obtenidos, al pasar de una ley del 1% al 0.5%, el

impacto de los procesos de extracción y mineralúrgicos se duplica.

- 64 -

Agradecimientos

Me gustaría que estas líneas sirvieran para expresarme más profundo y sincero

agradecimiento a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado en la

realización del presente trabajo, en especial al Dr. Alejandro Josa Garcia-Tornel y Dr.

Alfonso Rodríguez Dono, por la orientación, el seguimiento y la supervisión, pero sobre

todo por la motivación y el apoyo recibido a lo largo de este año.

Quisiera hacer extensiva mi gratitud a mis amigos, Daniel Muñoz Arenas y David Lorente

Palacín, por la revisión y la recomendación.

Un agradecimiento muy especial merece la compresión, paciencia y el ánimo recibidos

de mi familia y amigos.

A todos ellos, muchas gracias.

- 65 -

Referencias

ACARP (Australian Coal Association Research Program), LCA of steel and electricity

production. Project C8049, 2000.

Barta, L., Buban, K., Stiksma, J. and Collins, M. Pressure leaching of chalcopyrite

concentrates by Dynatech. Proceedings of Copper 99 Conference, Vol . IV, pp. 167-180.

Biswas, A. and Davenport, W. Extractive Metallurgy of Copper, Third edition, 1994,

(Pergamon, UK).

Briem, S., Alkan, Z., Quinkertz, R., Dienhart, M. and Kugeler, K. Development of energy

demand and energy-related CO2 emissions in melt electrolysis for primary aluminium

production. Aluminium, 2000, Vol 72, pp.502-506.

Brook Hunt Copper Costs: Mines and Projects, 2000. Buban, K. and Collins, M. Acid

pressure leaching of chalcopyrite by Dynatech. Randol Copper Hydromet Rountable,

1997.

Carvalho, F. and Bizzo, W. Evaluation of greenhouse gas emissions associated with

electric power generation in Brazil. Fifth International Conference on Greenhouse Gas

Control Technologies (GHGT-5), Cairns, Australia, 2000.

Collins, M., Stiksma, J., Buban, K. and Masters, I. Pressure acid leaching of zinc and

copper concentrates by Dynatech. Proceedings of EPD Congress, 2000, pp. 597-605.

Corrans, I., Angove, J. and Johnson, G. The treatment of refractory coppergold ores using

Activox processing. Randol Gold Forum, Perth , 1995, pp. 221-224.

Cowen, R. "Essays on Geology, History, and People, Chapter 3: "Fire and Metals:

Copper". Disponible en: http://t.cn/Rz0WCDr

CRESTA (Centre for Risk, Environment, Systems Technology and Analysis),

Department of Chemical Engineering, University of Sydney. INTEC Copper Process:

Environmental Technology Assessment, December 2000.

Dew, D., Van Buuren, C., McEwan, K. and Bowker, C. Bioleaching of base metal

sulphide concentrates: A comparison of high and low temperature bioleaching. J. of South

African Inst. of Min. & Met., Nov/Dec 2000, pp. 409- 413.

Dreisinger, D. The INTEC Copper Process: A Review of Technical and Financial

Feasibility. Final report prepared for INTEC Ltd., November 1998.

- 66 -

Dreisinger, D. The total pressure oxidation process. TMS Copper Hydrometallurgy Short

Course (Copper 99), October 1999.

Dreisinger, D. and Saito, B. The total pressure oxidation of El Indio Ore and concentrate.

Proceedings of Copper 99 International Conference, 1999, Vol. IV, pp. 181-195.

Evans, H. The Activox copper process. TMS Copper Hydrometallurgy Short Course

(Copper 99), October 1999.

Evans, H. E-mail to M. Hooke (Intec Ltd.) of 30/3/2001. Gonzalez, C. and Ruiz, C. 1991.

Chuquicamata flash smelting project. Proceedings of Copper 91 International Conference,

p.31.

Griffin, l., Hart, S., Espinosa-Gomez, R. and Johnson, N. Chalcopyrite flotation and

liberation characterisation before and after autogeneous grinding at Mount Isa Mines

Limited. Proceedings of XVIII International Mineral Processing Congress, Sydney, 1993,

p. 913.

Informe Principales Decisiones de Chuquicatama. Codelco. Marzo de 2009.

Hong, S., Candelone, J.-P.; Patterson, C. C.; Boutron, C. F. "History of Ancient Copper

Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recorded in Greenland Ice".

Science 272 (5259): 246–249 (247f.). 1996.

Houllis, F. (Intec Ltd.) Personal communication (August 2001).

Ishikawa, M. High-intensive operation and productivity increase of flash smelting furnace

at Saganoseki smelter and refinery, Metallurgical Review of MMIJ, 2, 1998, p. 139.

Jenkins, J., Davenport, W., Kennedy, B. and Robinson, T. Electrolytic copper - leach,

solvent extraction and electrowinning world operating data. Proceedings Copper 99, Vol.

IV, pp. 493-566.

Jones, D. The CESL copper process. TMS Copper Hydrometallurgy Short Course

(Copper 99), October 1999.

Jones, D. CESL copper process. ALTA Copper Hydrometallurgy Forum, Brisbane,

October 1996.

Jones, D. and Hestrin, J. CESL process for copper sulphides: Operation of the

demonstration plant, ALTA Copper Sulphides Symposium, Brisbane, October 1998.

Jones, D. E-mail to T. Norgate (CSIRO) of 25/9/2001.

Juan Salvat. Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo 4 Cobre. Salvat Editores S.A.

ISBN 84-345-4490-3. 1984.

- 67 -

King, J. and Dreisinger, D. Autoclaving of copper concentrates. Proceedings of Copper

95 Conference, Vol. III, p. 511.

King, J., Dreisinger, D. and Knight, D. The total pressure oxidation of copper

concentrates. The Paul E. Queneau International Symposium: Extractive Metallurgy of

Copper Nickel and Cobalt, 1993, pp. 735-756.

Kojo, I. and Hanniala, P. Non-polluting metal production network. Proceedings of

Greenhouse Gases in the Metallurgical Industries Symposium, COM2001 (Met.

Soc.),Toronto, 2001, pp. 397-408.

Krag, P., Imrie, W. and Berkoe, J. 1993. Anode furnace practice for highsulphur blister,

in Converting, Fire Refining and Casting, pp. 255-267 (The Minerals, Metals and

Materials Society).

Loayza, C., Dew, D., Marals, H. and van Aswegen, P. Bio-oxidation of gold and copper

concentrates from Peru. Paper presented at International Gold Conference, Lima, Peru,

May 1996.

Lynch, Martin. Mining in World History. p. 60. ISBN 978-1-86189-173-0. Abril de 2004.

Martin, Susan R. "The State of Our Knowledge About Ancient Copper Mining in

Michigan". The Michigan Archaeologist 41 (2–3): 119. 1995.

Marianne Stanczak. A Brief History of Copper [en línea]. CSA. Octubre de 2005.

Disponible en: http://t.cn/Rz09ksu

McKee, D., Fewings, J., Manlapig, E. and Lynch, A. Computer control of chalcopyrite

flotation at Mount Isa Mines Limited, in Flotation: A M Gaudin Memorial Volume, 1976,

2, p. 994 (Am Inst Min Met & Pet Soc Inc).

McNeil, Ian. Encyclopaedia of the History of Technology. London; New York: Routledge.

pp. 13, 48–66. ISBN 0-203-19211-7. 2002.

Miller, P. and Winby, R. The potential commercialisation of bioleaching for the treatment

of chalcopyrite ores and concentrates. Paper presented at SME meeting, Denver,

Colorado, 1997.

Miller, P. Bacterial leaching of copper concentrates. TMS Copper Hydrometallurgy Short

Course (Copper 99), October 1999.

MIM (Mount Isa Mines Limited) Report to shareholders, 1998.

Norgate, T. E. and Rankin, W.J. Life Cycle Assessment of copper and nickel production.

MINPREX 2000 Conference, Melbourne, September 2000, (The AusIMM), pp. 133-138.

- 68 -

Norgate, T E. A Comparative Life Cycle Assessment of Copper Production Processes.

Intec Ltd. 2001.

Paschen, P., Langfellner, M. and Mori, G. 1991. Productivity increase and energy

conservation in copper electrowinning. Proceedings of Copper 91 International

Conference, pp. 575-591.

Pleger, Thomas C. "A Brief Introduction to the Old Copper Complex of the Western Great

Lakes: 4000–1000 BC", Proceedings of the Twenty-seventh Annual Meeting of the

Forest History Association of Wisconsin, Oconto, Wisconsin, pp. 10–18, 5 October 2002.

Radivojević, Miljana; Rehren, Thilo. "Tainted ores and the rise of tin bronzes in Eurasia,

c. 6500 years ago". Antiquity Publications Ltd. Deciembre de 2013. Disponible en:

http://t.cn/Rz0lr2g

Rayner W. Hesse. Jewelrymaking through History: an Encyclopedia. Greenwood

Publishing Group. p. 56. ISBN 0-313-33507-9. 2007.

Renfrew, Colin. Before civilization: the radiocarbon revolution and prehistoric Europe.

Penguin. ISBN 978-0-14-013642-5. 1990.

Rich, D. Smelting Practice at Olympic Dam. The AusIMM Centenary Conference,

Adelaide, 1993, pp. 207-215.

Richard Floody. Codelco Educa. Trabajo geólogo de yacimiento [en línea]. 2012.

Rio Tinto Data Book, 2000 (www.riotinto.com)

Stelter, M.; Bombach, H. Process Optimization in Copper Electrorefining. Advanced

Engineering Materials 6 (7): 558. Doi: 10.1002/adem. 200400403.

Timberlake, S. and Prag A.J.N.W. The Archaeology of Alderley Edge: Survey,

excavation and experiment in an ancient mining landscape. Oxford: John and Erica

Hedges Ltd. p. 396. 2005.

Vonk, A. Copper concentrator practice at The Olympic Dam Joint Venture, Roxby

Downs, SA. Australasian Mining and Metallurgy, (Eds: J. Woodcock and J. Hamilton),

1993, Vol 1, pp. 656-658 (The AusIMM).


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